O presente trabalho tem como objetivo mostrar a influência do recozimento na recuperação e recristalização de tiras de aço baixo carbono dobradas por deformação a frio. Muitas indústrias que produzem peças a partir de dobramento a frio, buscam constantemente garantir a qualidade de seus produtos. Isto se torna um desafio a partir do momento que se considera a diversidade do formato das dobras exigidas. Através de observações práticas, o que se vê é que, com o objetivo de facilitar o processo, muitos profissionais são induzidos a acreditar que simplesmente aquecendo o material, o trabalho será facilitado e garantirá a qualidade do produto final. Assim, independente do tipo do aço e/ou nível de encruamento, os parâmetros de temperatura utilizados são determinados, na sua grande maioria, de forma empírica, sem critérios estabelecidos, ou seja, em muitos casos, os valores de temperatura tendem a ser os mesmos. Como a grande maioria de peças produzidas na indústria submetida a deformação é em aço baixo carbono, este foi escolhido como material para a fabricação das amostras utilizadas no experimento. Estas amostras foram submetidas a diversos graus de dobramento a frio e aplicação de recozimento para recristalização com variação controlada dos parâmetros. Através da intercomparação das amostras e com aplicação de diversos ensaios foram caracterizados a dureza, estrutura metalográfica, tamanho médio do precipitado, bem como a correlação entre as condições de recozimento versus o nível de recuperação do encruamento. Através dos dados obtidos, observou-se a importância de definir de forma científica os parâmetros de aquecimento para a recristalização, sob pena de prejudicar as características das peças. / This work aims to show the influence of annealing on the recovery and recrystallization of low carbon steel strips bent by cold forming. Many industries that produce parts from cold bending, constantly seek to ensure the quality of their products. This becomes a challenge from the moment that one considers the diversity of the shape of folds required. Through practical observation, we can see that, in order to facilitate the process, many professionals are led to believe that simply heating the material, the work will be facilitated and ensure final product quality. Thus, regardless of the type of steel and / or level of work hardening, the parameters used in temperature are determined, mostly, empirically, without established criteria, ie, in most cases, the temperature values tend to be same. As the vast majority of parts produced in the industry is subjected to deformation in steel low carbon, this was chosen as material for the manufacture of the samples used in the experiment. These samples were subjected to various degrees of cold bending and applying for recrystallization annealing with controlled variation of parameters. By intercomparison of samples and application of various tests were characterized hardness, metallographic structure, average size of the precipitate, and the correlation between the annealing conditions versus the level of recovery of work hardening. Through the data obtained it observed the importance of defining the parameters in a scientific way of heating for recrystallization, failing to affect the characteristics of components.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica, na especialidade de Tecnologia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-01-29Bitstream added on 2014-06-13T20:55:47Z : No. of bitstreams: 1 000756231.pdf: 3428054 bytes, checksum: d0cdfa43da88169d40275d58b3369674 (MD5) / O presente trabalho apresenta um modelo matemático para a análise da conformação de chapas metálicas por dobramento considerando o atrito entre a ferramenta e a peça, com o objetivo de obter uma estimativa para a carga de conformação e do valor do coeficiente de atrito no processo de conformação por dobramento . O modelo foi desenvolvido com base nas teorias plásticas pelo método da energia de conformação utilizando o critério de escoamento de von-Mises, conforme apresentado por Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. Para a análise dos resultados, foram consideradas as propriedades geométricas que definem a peça e a matriz de conformação, bem como as propriedades do material. Os resultados teóricos para a tensão residual para o trabalho total de conformação, para a força de conformação e para o raio final de conformação são obtidos em função das propriedades geométricas do processo e das propriedades do material / The present work presents, a mathematical model for analysis the conformation of sheet metal folding considering the friction between the tool and workpiece to obtain an estimate for the conformation load and the value to coefficient friction. The model was developed based on the theories the energy method of the plastic deformation using the yield criterion of von Mises as presented by Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. For the analyze the results, were considered the geometric properties that define the workpiece, the conformation tool and the material properties. The theoretical background for the residual strain the total work of conformation, force of conformation and the forming results, are obtained according the process, the geometrical properties and material properties

Orientador: Ângelo Caporalli Filho / Co-orientador: Anselmo Monteiro Ilkiu / Banca: Peterson Luiz Ferrandini / Banca: Miriam de Lourdes Noronha Motta Melo / Resumo : O presente trabalho apresenta um modelo matemático para a análise da conformação de chapas metálicas por dobramento considerando o atrito entre a ferramenta e a peça, com o objetivo de obter uma estimativa para a carga de conformação e do valor do coeficiente de atrito no processo de conformação por dobramento . O modelo foi desenvolvido com base nas teorias plásticas pelo método da energia de conformação utilizando o critério de escoamento de von-Mises, conforme apresentado por Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. Para a análise dos resultados, foram consideradas as propriedades geométricas que definem a peça e a matriz de conformação, bem como as propriedades do material. Os resultados teóricos para a tensão residual para o trabalho total de conformação, para a força de conformação e para o raio final de conformação são obtidos em função das propriedades geométricas do processo e das propriedades do material / Abstract: The present work presents, a mathematical model for analysis the conformation of sheet metal folding considering the friction between the tool and workpiece to obtain an estimate for the conformation load and the value to coefficient friction. The model was developed based on the theories the energy method of the plastic deformation using the yield criterion of von Mises as presented by Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. For the analyze the results, were considered the geometric properties that define the workpiece, the conformation tool and the material properties. The theoretical background for the residual strain the total work of conformation, force of conformation and the forming results, are obtained according the process, the geometrical properties and material properties / Mestre

Componentes tubulares de parede fina têm aplicações em diversas áreas industriais, na forma de trocadores de calor, amortecedores de impacto, sistemas de fixação, absorvedores de energia, pré-formas para outros processos de conformação mecânica, etc. Neste trabalho é realizado um estudo de natureza teórico-experimental envolvendo os processos de expansão, redução e inversão de extremidades de tubos. Busca-se determinar os parâmetros que governam cada um deles, as limitações dos mesmos e se a conformação em matriz pode ser uma alternativa viável a processos mais complexos. Inicialmente é feito um resumo do estado atual do conhecimento na área de processos de acabamento de extremidade de tubos e uma breve descrição dos processos a serem estudados. A seguir são apresentados os fundamentos teóricos envolvidos no estudo de operações de deformação plástica, da teoria da plasticidade e do método de elementos finitos aplicado a deformação plástica, bem como dos principais modelos teóricos para previsão de instabilidade e fratura. É feita a caracterização do material a ser empregado (liga de alumínio 6061) através do levantamento de curvas de escoamento, perfis de microdureza Vickers e deformabilidade. Na última parte do trabalho são conduzidas simulações através de elementos finitos e experimentos dos processos de inversão, redução e expansão. São variadas características geométricas das ferramentas e o estado do material (diferentes tratamentos térmicos). Demonstra-se ao final a utilidade de diagramas de deformabilidade dos processos no desenvolvimento dos mesmos. / Thin-walled tubular parts have applications in several industrial areas, as heat exchangers, shock absorbers, preforms to other metal forming processes, etc. In this work is carried out an experimental and theoretical study involving the tube end expansion, reduction and inversion processes using a die. The parameters that govern each process are investigated. A brief description of each process, a summary of the state of art and the theoretical backgroud of the theory of the plasticity and the method of finite elements applied the plastic deformation are presented. The main theoretical models of tube instability and damage are presented too. The material employed in the experimental tests is an ABNT6061 Aluminium alloy. The stress–strain curve is obtained by means of compression tests carried out at room temperature. The tribological conditions at the contact interface between the tube and the tools are estimated by means of ring compression tests and conical-tube tests. The formability (instability and damage limits) characterization of tube is also carried out. In the investigaton on the tube end forming proceses the emphasis is focused on understanding of modes of deformation and on establishing formability diagrams for the benefit of those who design tubular parts in daily practice The theoretical investigation is accomplished by the utilisation of virtual prototyping modelling techniques based on the finite element method and the experimental work is mainly utilized for supporting and validating the theoretical investigation.

A utilização de perfis de aço formados a frio tem grande aplicação na atualidade, ora sendo empregados na construção civil convencional (prédios residenciais e industriais) ora em estruturas mecânicas, tais como estruturas de veículos (caminhões, ônibus, vagões, etc.). As atuais exigências econômicas fazem com que estes perfis tenham, cada vez mais, alto desempenho estrutural. Neste sentido propõe-se, na presente tese, explorar as possibilidades de otimização paramétrica da seção transversal de perfis U com e sem enrijecedores de borda formados a frio quando submetidos à compressão. As ferramentas utilizadas para cumprir tal objetivo são o Método das Faixas Finitas Restringidas (MFFr) para análise da estabilidade elástica e o Método da Resistência Direta (MRD) para determinação da resistência do perfil como uma alternativa ao Método das Larguras Efetivas. O MFFr é aqui utilizado por ser capaz de realizar a decomposição e a identificação modal. Incorpora-se a esta forma de análise uma metodologia de otimização baseada em algoritmos genéticos que se fundamenta no processo de seleção natural proposto por Charles Darwin. Exemplos considerando esta forma de trabalho mostram os ganhos que poderiam ser obtidos. Para verificar os resultados obtidos na otimização, um modelo em elementos finitos considerando a não-linearidade física e geométrica foi utilizado, o qual foi calibrado com resultados experimentais encontrados na literatura. Conclusões sobre a potencialidade da metodologia utilizada são finalmente apresentadas. / The use of cold-formed steel members has great application at the present time, such as in standard civil buildings (residential and industrial buildings) and in mechanical structures (structures of vehicles as trucks, bus, wagons, etc.). A high structural performance for profiles is a required economic demand in present days. In this sense, the present theory intends to explore the possibilities of parametric optimization of cold-formed steel channel and lipped channel members when submitted to compression. The tools used to accomplish such objective are the method of the Constrained Finite Strip method (cFSM) for analysis of the elastic stability and the Direct Strenght Method (DSM) for determination of the resistance of the profile as an alternative to the Effective Width Method. The constrained finite strip method (cFSM) is used because it is capable to accomplish the modal decomposition and identification. An optimization methodology based in genetic algorithms that is based in the process of natural selection proposed by Charles Darwin is incorporated in this form of analysis. Examples considering this methodology show the improvement that could be obtained. To verify the results obtained in the optimization, a model in finite elements considering the non-linearities, material and geometric, was used, which was calibrated with experimental results found in the literature. Conclusions about the potentiality of the used methodology are finally presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T12:08:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199967.pdf: 4396901 bytes, checksum: 05a1dbba94b1690d2ca06fc0efb65e44 (MD5) / O presente trabalho consiste na determinação das Curvas Limite de Conformação por procedimentos experimentais e simulação numérica do processo de estampagem.

O presente trabalho tem como objetivo mostrar a influência do recozimento na recuperação e recristalização de tiras de aço baixo carbono dobradas por deformação a frio. Muitas indústrias que produzem peças a partir de dobramento a frio, buscam constantemente garantir a qualidade de seus produtos. Isto se torna um desafio a partir do momento que se considera a diversidade do formato das dobras exigidas. Através de observações práticas, o que se vê é que, com o objetivo de facilitar o processo, muitos profissionais são induzidos a acreditar que simplesmente aquecendo o material, o trabalho será facilitado e garantirá a qualidade do produto final. Assim, independente do tipo do aço e/ou nível de encruamento, os parâmetros de temperatura utilizados são determinados, na sua grande maioria, de forma empírica, sem critérios estabelecidos, ou seja, em muitos casos, os valores de temperatura tendem a ser os mesmos. Como a grande maioria de peças produzidas na indústria submetida a deformação é em aço baixo carbono, este foi escolhido como material para a fabricação das amostras utilizadas no experimento. Estas amostras foram submetidas a diversos graus de dobramento a frio e aplicação de recozimento para recristalização com variação controlada dos parâmetros. Através da intercomparação das amostras e com aplicação de diversos ensaios foram caracterizados a dureza, estrutura metalográfica, tamanho médio do precipitado, bem como a correlação entre as condições de recozimento versus o nível de recuperação do encruamento. Através dos dados obtidos, observou-se a importância de definir de forma científica os parâmetros de aquecimento para a recristalização, sob pena de prejudicar as características das peças. / This work aims to show the influence of annealing on the recovery and recrystallization of low carbon steel strips bent by cold forming. Many industries that produce parts from cold bending, constantly seek to ensure the quality of their products. This becomes a challenge from the moment that one considers the diversity of the shape of folds required. Through practical observation, we can see that, in order to facilitate the process, many professionals are led to believe that simply heating the material, the work will be facilitated and ensure final product quality. Thus, regardless of the type of steel and / or level of work hardening, the parameters used in temperature are determined, mostly, empirically, without established criteria, ie, in most cases, the temperature values tend to be same. As the vast majority of parts produced in the industry is subjected to deformation in steel low carbon, this was chosen as material for the manufacture of the samples used in the experiment. These samples were subjected to various degrees of cold bending and applying for recrystallization annealing with controlled variation of parameters. By intercomparison of samples and application of various tests were characterized hardness, metallographic structure, average size of the precipitate, and the correlation between the annealing conditions versus the level of recovery of work hardening. Through the data obtained it observed the importance of defining the parameters in a scientific way of heating for recrystallization, failing to affect the characteristics of components.

Orientador : Prof. Dr. Paulo Victor P. Marcondes / Coorientador : Prof. Dr. Sérgio Fernando Lajarin / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 06/09/2016 / Inclui referências : fls. 72-74 / Área de concentração: Manufatura / Resumo: Na indústria metal mecânica em geral existe a necessidade constante de unir componentes feitos de chapas metálicas. Existem diversas maneiras de fazer a união mecânica dessas chapas, algumas desmontáveis como as feitas por parafusos, porcas e pinos, e outras permanentes como as feitas por solda, colagem adesiva e rebite. Além desses métodos mais tradicionais, existe um que vem ganhando espaço na indústria, principalmente automobilística, que é a união por clinching. O clinching é um método de união de chapas por meio da deformação plástica local, sem uso de nenhum elemento adicional de união, apenas por meio da ação de um punção que exerce uma força contra uma matriz. Neste trabalho o processo de clinching foi estudado por meio de experimentos práticos e também por simulação computacional usando método de elementos finitos. Em uma primeira parte foi estudada a influência de diferentes geometrias, parâmetros de processo e parâmetro de ferramenta na resistência de juntas unidas por clinching. Posteriormente foi realizado um estudo prático com o intuito de comparar seus resultados com resultados obtidos por simulação computacional. Foi feito também levantamento metalográfico e de dureza na região da seção da junta, para analisar o comportamento da microestrutura nessa região. Foi possível observar que a geometria da ferramenta de clinching e a escolha dos parâmetros de processo influência m na resistência da junta unida. Ferramentas de simulação por elementos finitos são úteis do ponto de vista econômico e de tempo na definição da geometria da ferramenta e no planejamento do processo por apresentar resultados similares aos experimentos práticos e evitar a manufatura de diferentes ferramentas e a realização de diversos experimentos. A metalografia dos materiais na região da junta revelou um grande alongamento nos grãos e um fluxo bastante complexo do material preenchendo a cavidade da matriz e produzindo o entrosamento entre as chapas. Nessa região os grãos se encruaram e a dureza aumentou consideravelmente. Palavras-chave: Manufatura. Conformação mecânica. União de chapas metálicas. Clinching. / Abstract: In the metalworking industry in general there is a constant need to unite made of sheet metal components. There are several ways to make the mechanical connection of these plates, some demountable as those made by screws, nuts, studs, and other permanent as those made by welding, adhesive glue and rivet. In addition to these more traditional methods, there is one that is becoming more popular in the industry, especially the automobile, which is marriage by clinching. The clinching is a method of joining sheets by local plastic deformation, without using any additional member joining only by virtue of the action of a punch against a die. In this work the clinching process was studied through practical experiments and also by computer simulation using the finite element method. In a first portion was studied the influence of different geometry and process parameters and tool resistance joints joined by clinching. Later we conducted a case study in order to compare their results with results obtained by computer simulation. It was also made metallographic and hardness survey in the section of the joint region to analyze the microstructure of behavior in this area. It was observed that the geometry of the clinching tool and the choice of the process parameters influencing the joined joint strength. Simulation tools for finite elements are useful from an economic point of view and time the tool geometry definition and process planning to present similar results to practical experiments and prevent the manufacture of different tools and conducting various experiments. The metallography of the material in the joint region revealed a large stretch in grains and flow rather complex material filling the cavity of the matrix and producing the meshing between the plates. In this region the grains strain hardening and hardness increased considerably. Keywords: Manufacturing. Mechanical forming. Union of metal plates. Clinching .

Resumo: Na estampagem de chapas pré-furadas é comum a geração de trincas nas bordas de furos que foram submetidos à expansão durante o processo de estampagem. Aços avançados de alta resistência (AHSS) laminados à quente podem facilmente nuclear trincas em regiões superficiais nas bordas dos furos expandidos devido aos métodos de processamento que foram empregados para furar as chapas. A capacidade de um furo ser expandido não é dependente somente da ductilidade do material. A qualidade superficial da parede do furo, bem como o seu diâmetro são de extrema importância na sua razão de expansão. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a expansão de furos puncionados por processo inovador de puncionamento com brochamento, bem como a conformabilidade de chapas de aço multifásico CPW800 empregando diferentes cargas de prensa-chapas. Para desenvolvimento do estudo foi definida a seguinte metodologia: ensaios de puncionamento com duas geometrias distintas de punção inovador (tipo 1 e tipo 2), uma geometria clássica de punção (tipo 3) e três folgas distintas entre punção e matriz (1%, 3% e 5% da espessura da chapa) para definir a melhor combinação entre punção e matriz em termos de qualidade superficial dos furos. Ensaios de Nakazima para avaliar a estampabilidade do aço foram conduzidos empregando-se cargas de prensa-chapas distintas, sendo estas de 1002, 401 e 300,6 kN. Ensaios de expansão de furos com punção hemisférico e com punção reto foram realizados para determinar a razão de expansão de furos puncionados que apresentaram os melhores resultados quanto à qualidade superficial dos furos. Pelos resultados obtidos, verificou-se que o punção inovador "tipo 1" e a matriz com a folga de 1% da espessura da chapa proporcionaram os melhores resultados em termos de cilindricidade, circularidade e qualidade superficial dos furos. Comparações entre curvas limite de conformação obtidas a partir de ensaios de Nakazima realizados com as diferentes cargas de prensa-chapas indicaram que a conformabilidade do aço estudado diminuiu com a diminuição da carga no prensa-chapas. Os ensaios de expansão de furos permitiram constatar que capacidade máxima de expansão de um furo de 10 mm puncionado em chapa 1,6 mm pelo processo de puncionamento com brochamento foi em torno de 50% do diâmetro inicial do furo. As seguintes conclusões podem ser apresentadas: Ocorre diminuição da conformabilidade do aço devido à nucleação de trincas nos furos puncionados, trincas as quais são causadas pelo estiramento das bordas dos furos. A carga no prensa-chapas tem influência direta na conformabilidade do aço CPW800 de forma que diminuição gradativa da carga no prensa-chapas reduz a capacidade do material estirar. Portanto, o ajuste adequado da carga no prensa-chapas na estampagem do aço multifásico CPW800 é primordial para que produtos estampados por embutimento e estiramento sejam manufaturadas de forma satisfatória.