Este trabalho analisa o processo de obtenção da Curva Limite de Conformação (CLC) através do procedimento adotado por Nakazima, 1968. Ele variando o formato dos corpos de prova submeteu os mesmos a um ensaio de estiramento simulando uma ampla faixa de deformações que vão desde o embutimento profundo passando pela deformação de tração simples até a deformação biaxial de tração. Foram feitos ensaios com corpos de prova em formato de tiras, exatamente como Nakazima propôs. A ruptura para estes corpos de prova ocorre de modo aleatório rompendo inclusive na região de contado da matriz com o mesmo. Fez-se ensaios com corpos de prova com tiras entalhadas. Esse entalhe tem a função de promover a estricção ou ruptura dependendo do ponto de parada do ensaio, na região de contato entre punção e corpo de prova ensaiado. No presente trabalho utiliza-se o mesmo método de Nakazima variando o formato do punção, em vez de um domo ou ponta hemisférica optou-se pela ponta eliptica. Foi analisada a influencia na CLC obtida, uma vez que a forma elíptica proporciona uma área de contato inicial maior gerando menores solicitações mecânicas no inicio do ensaio resultando numa CLC mais para cima quando comparada com uma CLC gerada com punção hemisférico. Para esta análise utilizou-se como matéria prima o alumínio comercialmente puro liga AA1050-O.

Este trabalho analisa o processo de obtenção da Curva Limite de Conformação (CLC) através do procedimento adotado por Nakazima, 1968. Ele variando o formato dos corpos de prova submeteu os mesmos a um ensaio de estiramento simulando uma ampla faixa de deformações que vão desde o embutimento profundo passando pela deformação de tração simples até a deformação biaxial de tração. Foram feitos ensaios com corpos de prova em formato de tiras, exatamente como Nakazima propôs. A ruptura para estes corpos de prova ocorre de modo aleatório rompendo inclusive na região de contado da matriz com o mesmo. Fez-se ensaios com corpos de prova com tiras entalhadas. Esse entalhe tem a função de promover a estricção ou ruptura dependendo do ponto de parada do ensaio, na região de contato entre punção e corpo de prova ensaiado. No presente trabalho utiliza-se o mesmo método de Nakazima variando o formato do punção, em vez de um domo ou ponta hemisférica optou-se pela ponta eliptica. Foi analisada a influencia na CLC obtida, uma vez que a forma elíptica proporciona uma área de contato inicial maior gerando menores solicitações mecânicas no inicio do ensaio resultando numa CLC mais para cima quando comparada com uma CLC gerada com punção hemisférico. Para esta análise utilizou-se como matéria prima o alumínio comercialmente puro liga AA1050-O.

Este trabalho analisa o processo de obtenção da Curva Limite de Conformação (CLC) através do procedimento adotado por Nakazima, 1968. Ele variando o formato dos corpos de prova submeteu os mesmos a um ensaio de estiramento simulando uma ampla faixa de deformações que vão desde o embutimento profundo passando pela deformação de tração simples até a deformação biaxial de tração. Foram feitos ensaios com corpos de prova em formato de tiras, exatamente como Nakazima propôs. A ruptura para estes corpos de prova ocorre de modo aleatório rompendo inclusive na região de contado da matriz com o mesmo. Fez-se ensaios com corpos de prova com tiras entalhadas. Esse entalhe tem a função de promover a estricção ou ruptura dependendo do ponto de parada do ensaio, na região de contato entre punção e corpo de prova ensaiado. No presente trabalho utiliza-se o mesmo método de Nakazima variando o formato do punção, em vez de um domo ou ponta hemisférica optou-se pela ponta eliptica. Foi analisada a influencia na CLC obtida, uma vez que a forma elíptica proporciona uma área de contato inicial maior gerando menores solicitações mecânicas no inicio do ensaio resultando numa CLC mais para cima quando comparada com uma CLC gerada com punção hemisférico. Para esta análise utilizou-se como matéria prima o alumínio comercialmente puro liga AA1050-O.

O presente trabalho, apresenta resultados da investigação experimental e da análise computacional acerca do método de ensaio de anéis de aço para obtenção do valor do coeficiente de atrito, existente na região de contato entre as matrizes e os corpos de prova. Buscando atingir os objetivos, foi feito um planejamento do experimento, através do programa MINITAB (2000), levando-se em consideração as variáveis do processo para forjamento a quente de peças para indústria automotiva, os experimentos foram realizados nos laboratórios da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). A simulação do ensaio de anel permitiu uma boa estimativa da redução de diâmetros dos mesmos, bem como, do fluxo de material no interior dos anéis e da superfície neutra. A análise estatística dos resultados mostrou que a variável mais importante a afetar o coeficiente de atrito foi a temperatura, seguindo-se do tipo de revestimento das ferramentas, velocidade e material. Para um estudo mais pormenorizado do efeito do material a ser forjado, do recobrimento das ferramentas e da rugosidade das mesmas no coeficiente de atrito será necessário um maior número de repetições dos experimentos. / The present work introduces the result of the experimental investigation and computing analyses regarding the method of trial with steel rings as to obtain the value of friction coefficient, which exist in the contact area between the tools and test bodies. Aiming to reach the objectives, a design of experiments was established through the program MINITAB (2000) taking into account the process variables in order to hot forge parts for the automotive industry, being such experiments accomplished at the laboratories of the Universidade do Rio Grande do Sul (UFRGS). The simulation trial of the ring allowed for good estimate of its diameters reduction as well as internal material flow in the rings and in the neutral surface. The static analyses of the results demonstrated that the most important isolated variable to affect the friction coefficient was temperature, followed by the type of tools covering, velocity and material. However a bigger number of experiments repetitions will be necessary in order to reach a more detailed study about the effect of the material to be forged, of tools covering and roughness in the friction coefficient as well.

O presente trabalho simula processos de conformação mecânica em domínios bidimensionais. Para tanto, considera-se o material como sendo um fluido não newtoniana e utiliza-se a formulação da mecânica dos fluidos com função de penalidade. O método empregado para realizar a discretização espacial é o método dos elementos finitos com integração reduzida do termo da função de penalidade. Para discretizar o tempo usa-se diferenças finitas com o esquema de Crank-Nicolson. E apresentado também o método Lagrangiano-Euleriano arbitrário para descrever o movimento da malha de elementos finitos. / Simulations o f metal forming processes in two dimensional domains are presented in this work. The material is considered as a non newtonian flu id and the flow formulation with the penalty function approach is used. Spatial discretization is accomplished using the finite element method with reduced integration for the pressure term. Finite differences is used for time integration with a Crank-Nicolson scheme. The arbitrary Lagrangian-Eulerian scheme is employed to describe the motion of the finite element mesh.

Esse trabalho trata do estudo dos parâmetros para conformação de liga de magnésio AZ61, a qual possui baixa massa específica e relativamente boa resistência mecânica, quando corretamente processada. Porém, o magnésio apresenta algumas restrições quanto ao seu uso em processos de conformação mecânica. O processo de conformação utilizado nesse estudo é a extrusão direta, onde foram feitas três matrizes de configurações diferentes de processo. Essas matrizes produzem uma redução em área fixa, de 40% e possuem diferentes ângulos de cone, que são os de 30º, 60º e 90º, que levam ao canal de redução. Os projetos dos ferramentais foram feitos em um programa de CAD, sendo assim, possível integrar estes com o programa de simulação numérica computacional Simufact. forming 9.0, aplicado para predizer o comportamento do material no final de cada processo de extrusão. Foram analisados, por simulação numérica computacional, dados como força e as deformações finais. Foram extrudadas 8 peças com cada variação de ferramental, sendo que, durante as extrusões, a força de extrusão foi monitorada em cada processo. Metade das peças extrudadas foram submetidas a tratamento térmico T6. Foi avaliada a influência deste tratamento térmico na liga de magnésio AZ61 extrudada, nas três diferentes condições, sendo estas comparadas entre si através de ensaio de compressão, metalografia e dureza. Na análise de força, foi notado que a geometria que exigiu menor carga foi a constituída de ângulo de cone de 90°, seguida das geometrias de 60° e 30°, sendo esta última a que exigiu maior força de extrusão para obter as peças. Quando foi comparado o material extrudado tratado e não tratado termicamente observou-se que há uma diminuição nas propriedades mecânicas quando a liga foi submetida ao tratamento térmico. A diferença nos resultados de tensão máxima em porcentagem foi de 12,5% para liga proveniente da extrusão do ângulo 30°, 6,9% para o ângulo de 60°, e 7,3% para o ângulo de 90°. A dureza também diminuiu na porcentagem de 26,0%, 17,6%, 18,5% para as matrizes com ângulos de cone de 30°, 60°, e 90° respectivamente. Por fim, as análises metalográficas indicaram que os tratamentos térmicos impostos resultaram em um coalescimento dos precipitados Mg17Al12, além de crescimento de grão da matriz do magnésio, de forma que estas mudanças microestruturais influenciaram na perda de propriedades mecânicas da peça extrudada. / This work deals with the study of parameters related to extrusion process of a magnesium alloy, which has relatively low density and good mechanical strength, when properly processed. However, magnesium has some restrictions on its use in metal forming processes. The forming process used in this work is the forward extrusion. Three tools were made with different configurations of process. These tools produce a fixed reduction in area of 40% and have different cone angles, 30 °, 60 ° and 90 ° respectively, which lead to reducing channel. The tool geometries were made in a CAD software, and is thus possible to integrate these with the numerical simulation software Simufact. forming 9.0, applied to predict the behavior of material at the end of each extrusion process. Data such as force and final strains were analyzed by numerical simulation. Eight parts were extruded with each tool geometry, and during the extrusions, the force needed for extrusion was monitored in each process. Half of the extruded parts were submitted to heat treatment T6. The influence of heat treatment on extruded AZ61 magnesium alloy was evaluated for the three different conditions, which were compared with each other through compression testing, metallography and hardness. In the analysis of force, it was observed that the geometry which required less load was the geometry with cone angle of 90 °, followed by 60 ° and 30 °, the latter being the geometry that required largest load to extrude the parts. When comparing the extruded material heat treated and untreated, it was possible to observe a decrease in mechanical properties when the alloy was subjected to heat treatment. The percentage difference in maximum stress results was 12.5% for alloy extruded with 30° angle, 6.9% for 60° angle, and 7.3% for 90° angle. Hardness also decreased the percentage of 26.0%, 17.6%, 18.5% for the tools with cone angles of 30 °, 60 ° and 90 ° respectively. Finally, metallographic analysis indicated that the heat treatment applied resulted in a coalescence of Mg17Al12 precipitates, and grain growth of magnesium matrix, so that these microstructural changes influenced the decrease in mechanical properties of the extruded part.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016

Este trabalho apresenta uma sistemática para realizar a otimização numérica de pré-formas e de matrizes em problemas de forjamento axissimétricos e em estado plano de deformações. Para este fim, desenvolveu-se um código computacional composto basicamente de três módulos: módulo de pré-processamento, módulo de análise e módulo de otimização. Cada um destes foi elaborado acrescentando rotinas em programas comerciais ou acadêmicos disponíveis no GMAp e no CEMACOM. Um programa gerenciador foi desenvolvido para controlar os módulos citados no processo de otimização. A abordagem proposta apresenta uma nova função objetivo a minimizar, a qual está baseada em uma operação booleana XOR (exclusive or) sobre os dois polígonos planos que representam a geometria desejada para o componente e a obtida na simulação, respectivamente. Esta abordagem visa eliminar possíveis problemas geométricos associados com as funções objetivo comumente utilizadas em pesquisas correlatas. O trabalho emprega análise de sensibilidade numérica, via método das diferenças finitas. As dificuldades associadas a esta técnica são estudadas e dois pontos são identificados como limitadores da abordagem para problemas de conformação mecânica (grandes deformações elastoplásticas com contato friccional): baixa eficiência e contaminação dos gradientes na presença de remalhamentos. Um novo procedimento de diferenças finitas é desenvolvido, o qual elimina as dificuldades citadas, possibilitando a sua aplicação em problemas quaisquer, com características competitivas com as da abordagem analítica Malhas não estruturadas são tratadas mediante suavizações Laplacianas, mantendo as suas topologias. No caso de otimização de pré-formas, o contorno do componente a otimizar é parametrizado por B-Splines cujos pontos de controle são adotados como variáveis de projeto. Por outro lado, no caso de otimização de matrizes, a parametrização é realizada em termos de segmentos de reta e arcos de circunferências. As variáveis de projeto adotadas são, então, as coordenadas das extremidades das retas, os raios e centros dos arcos, etc. A sistemática é fechada pela aplicação dos algoritmos de programação matemática de Krister Svanberg (Método das Assíntotas Móveis Globalmente Convergente) e de Klaus Schittkowski (Programação Quadrática Sequencial – NLPQLP). Resultados numéricos são apresentados mostrando a evolução das implementações adotadas e o ganho de eficiência obtido.

O presente trabalho simula processos de conformação mecânica em domínios bidimensionais. Para tanto, considera-se o material como sendo um fluido não newtoniana e utiliza-se a formulação da mecânica dos fluidos com função de penalidade. O método empregado para realizar a discretização espacial é o método dos elementos finitos com integração reduzida do termo da função de penalidade. Para discretizar o tempo usa-se diferenças finitas com o esquema de Crank-Nicolson. E apresentado também o método Lagrangiano-Euleriano arbitrário para descrever o movimento da malha de elementos finitos. / Simulations o f metal forming processes in two dimensional domains are presented in this work. The material is considered as a non newtonian flu id and the flow formulation with the penalty function approach is used. Spatial discretization is accomplished using the finite element method with reduced integration for the pressure term. Finite differences is used for time integration with a Crank-Nicolson scheme. The arbitrary Lagrangian-Eulerian scheme is employed to describe the motion of the finite element mesh.

Esse trabalho trata do estudo dos parâmetros para conformação de liga de magnésio AZ61, a qual possui baixa massa específica e relativamente boa resistência mecânica, quando corretamente processada. Porém, o magnésio apresenta algumas restrições quanto ao seu uso em processos de conformação mecânica. O processo de conformação utilizado nesse estudo é a extrusão direta, onde foram feitas três matrizes de configurações diferentes de processo. Essas matrizes produzem uma redução em área fixa, de 40% e possuem diferentes ângulos de cone, que são os de 30º, 60º e 90º, que levam ao canal de redução. Os projetos dos ferramentais foram feitos em um programa de CAD, sendo assim, possível integrar estes com o programa de simulação numérica computacional Simufact. forming 9.0, aplicado para predizer o comportamento do material no final de cada processo de extrusão. Foram analisados, por simulação numérica computacional, dados como força e as deformações finais. Foram extrudadas 8 peças com cada variação de ferramental, sendo que, durante as extrusões, a força de extrusão foi monitorada em cada processo. Metade das peças extrudadas foram submetidas a tratamento térmico T6. Foi avaliada a influência deste tratamento térmico na liga de magnésio AZ61 extrudada, nas três diferentes condições, sendo estas comparadas entre si através de ensaio de compressão, metalografia e dureza. Na análise de força, foi notado que a geometria que exigiu menor carga foi a constituída de ângulo de cone de 90°, seguida das geometrias de 60° e 30°, sendo esta última a que exigiu maior força de extrusão para obter as peças. Quando foi comparado o material extrudado tratado e não tratado termicamente observou-se que há uma diminuição nas propriedades mecânicas quando a liga foi submetida ao tratamento térmico. A diferença nos resultados de tensão máxima em porcentagem foi de 12,5% para liga proveniente da extrusão do ângulo 30°, 6,9% para o ângulo de 60°, e 7,3% para o ângulo de 90°. A dureza também diminuiu na porcentagem de 26,0%, 17,6%, 18,5% para as matrizes com ângulos de cone de 30°, 60°, e 90° respectivamente. Por fim, as análises metalográficas indicaram que os tratamentos térmicos impostos resultaram em um coalescimento dos precipitados Mg17Al12, além de crescimento de grão da matriz do magnésio, de forma que estas mudanças microestruturais influenciaram na perda de propriedades mecânicas da peça extrudada. / This work deals with the study of parameters related to extrusion process of a magnesium alloy, which has relatively low density and good mechanical strength, when properly processed. However, magnesium has some restrictions on its use in metal forming processes. The forming process used in this work is the forward extrusion. Three tools were made with different configurations of process. These tools produce a fixed reduction in area of 40% and have different cone angles, 30 °, 60 ° and 90 ° respectively, which lead to reducing channel. The tool geometries were made in a CAD software, and is thus possible to integrate these with the numerical simulation software Simufact. forming 9.0, applied to predict the behavior of material at the end of each extrusion process. Data such as force and final strains were analyzed by numerical simulation. Eight parts were extruded with each tool geometry, and during the extrusions, the force needed for extrusion was monitored in each process. Half of the extruded parts were submitted to heat treatment T6. The influence of heat treatment on extruded AZ61 magnesium alloy was evaluated for the three different conditions, which were compared with each other through compression testing, metallography and hardness. In the analysis of force, it was observed that the geometry which required less load was the geometry with cone angle of 90 °, followed by 60 ° and 30 °, the latter being the geometry that required largest load to extrude the parts. When comparing the extruded material heat treated and untreated, it was possible to observe a decrease in mechanical properties when the alloy was subjected to heat treatment. The percentage difference in maximum stress results was 12.5% for alloy extruded with 30° angle, 6.9% for 60° angle, and 7.3% for 90° angle. Hardness also decreased the percentage of 26.0%, 17.6%, 18.5% for the tools with cone angles of 30 °, 60 ° and 90 ° respectively. Finally, metallographic analysis indicated that the heat treatment applied resulted in a coalescence of Mg17Al12 precipitates, and grain growth of magnesium matrix, so that these microstructural changes influenced the decrease in mechanical properties of the extruded part.