Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-26T19:24:24Z No. of bitstreams: 1 2017_PabloJosuédaSilva.pdf: 93680006 bytes, checksum: 8caa8beb0a5b35ad6ce334bbfb96ff1b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-29T16:43:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_PabloJosuédaSilva.pdf: 93680006 bytes, checksum: 8caa8beb0a5b35ad6ce334bbfb96ff1b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T16:43:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_PabloJosuédaSilva.pdf: 93680006 bytes, checksum: 8caa8beb0a5b35ad6ce334bbfb96ff1b (MD5) Previous issue date: 2018-06-26 / A estampagem incremental de ponto simples (SPIF) trata de um processo produtivo que permite uma alta flexibilidade com baixo custo para produção de médios e pequenos lotes. Enquanto apresenta amplo espectro de implicação, erros dimensional e fissuras que ocorrem na peça que está sendo produzida, prejudicam o resultado esperado e limitam a disseminação da técnica na indústria. Uma das dificuldades de melhoria do processo e motivadores desse estudo é a carência na literatura de análises sobre os esforços envolvidos na estampagem incremental, o desgaste de ferramenta e as técnicas de melhoria do processo, visando a redução dos erros dimensionais e a melhoria da qualidade do produto. Esta tese apresenta um estudo visando a produção de qualidade e otimização da SPIF, por meio de experimentos e análise estatística em três frentes: análise de força, análise do desgaste da ferramenta e efeitos da adição de calor ao processo. Para análise de força foi desenvolvido um dispositivo de fixação que, acoplado a um dispositivo pie- zoelétrico Kistler modelo 9265B, possibilitando a medição das forças XYZ envolvidas. Após 41 ensaios, realizando uma regressão múltipla com os resultados de medição de força, foi possível chegar em uma formulação matemática capaz de prever as forças de conformação em relação aos parâmetros de processamento. O desgaste da ferramenta foi avaliado por intermédio de 27 execuções de peças, para definição do tempo de vida da ferramenta em relação ao seu desgaste para o SPIF. Os ensaios utilizaram ferramentas fabricada em aço SAE 1045, conformando chapas de aço galvanizados com 0,95mm de espessura. Com a análise do desgaste da ferramenta após cada ensaio, foi possível a definição de um modelo matemático de predição de vida de ferramenta. A análise de desgaste de ferramenta é relevante para a melhoria do processo, para se evitar que o desgaste ocorrido na ferramenta venha a ser um fator de inserção erro na estampagem. Por fim, foi desenvolvido um dispositivo de adição de calor para realização de estampagem incremental com aquecimento, aumentando a conformabilidade do material e permitir também uma melhoria da qualidade superficial da peça final. Com a realização de 26 ensaios com aquecimento, foram analisados os efeitos da adição do calor ao processo de conformação de peças simples e complexas. Sendo demonstrado o potencial da estampagem a com aquecimento na conformação de peças complexas que n˜ao puderam ser conformadas a frio. / Single Point Incremental Forming (SPIF) deals with a productive process that allows high flexibility with low cost for medium and small batches production. While presenting a wide spectrum of implication, dimensional errors and cracks occurring in the part being produced, they impair the expected result and limit the dissemination of the technique in the industry. One of the difficulties of process improvement and motivators of this study is the lack in the literature of the analysis of the efforts involved in incremental forming, tool wear and process improvement techniques, aiming at reducing dimensional errors and improving the quality of the product. This thesis presents a study aiming at the production of quality and optimization of SPIF, through experiments and statistical analysis on three fronts: force analysis, tool wear analysis and effects of the addition of heat to the process. For strength analysis has been developed a fastening device, a piezoelectric device coupled to Kistler 9265B model, enabling the measurement of XYZ forces involved. After 41 trials, performing a multiple regression with the force measuring results, it was possible to arrive at a mathematical formulation able to predict the conformation forces in relation to the processing parameters. The tool wear was evaluated through 27 configuration parameters for definition of tool life time in relation to its wear to the SPIF. The tests used tools made of SAE 1045 steel, forming galvanized steel sheets with 0.95mm thickness. With the analysis of tool wear after each test, it was possible to define a mathematical model of tool life prediction. The analysis of tool wear is relevant for the improvement of the process, in order to avoid that the wear occurring in the tool will be an error insertion factor in the conformation. Finally, a heat addition device was developed for performing incremental forming with heating, increasing the formability of the material and also allowing an improvement of the surface quality of the final part. With the accomplishment of 26 tests with heating, the effects of the addition of the heat to the process of forming of simple and complex pieces were analyzed. The potential of hot forming has been demonstrated in the conformation of complex parts that could not be cold formed.

A união de chapas de diferentes materiais, espessuras e propriedades mecânicas formando uma geratriz para estampagem é uma estratégia que a indústria automobilística utiliza no desenvolvimento de estruturas leves. Uma delas chama-se Tailored Welded Blanks, onde duas ou mais chapas são unidas pelo processo de solda. Dentro do contexto de estruturas leves é analisado neste trabalho o comportamento mecânico de duas diferentes chapas soldadas utilizadas pela indústria automobilística, formando uma única geratriz com diferentes razões de espessuras. Para isso, foram unidos os materiais ZSTE 220 P nas espessuras 1.5 e 0.8 mm e St 05 nas espessuras de 1.5 e 1.2 mm. O processo de junção utilizado para unir os materiais de diferentes espessuras foi solda a laser. Os ensaios de fabricação utilizados para caracterizar o comportamento mecânico do material foram o ensaio de tração uniaxial e o ensaio Nakajima modificado. O ensaio de tração define as propriedades mecânicas e o ensaio Nakajima quantifica as deformações principais maiores e menores na superfície da chapa. De posse destas deformações é possível construir as Curvas Limites de Conformação (CLC) de cada material. A maneira encontrada para simular estes estados de deformações foi utilizar 8 corpos de prova de mesmo comprimento, porém variando sua largura e o raio do entalhe correspondente. O uso de corpos de prova com diferentes larguras e raio de entalhe permite obter deformações que abrangem os campos referentes ao estiramento, deformação plana e embutimento profundo.

Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta instrumentada para o estudo do processo de corte de chapas por cisalhamento. Sua instrumentação permite a medição da força de corte , da força do prendedor de chapas e do deslocamento do punção, permitindo a realização de experimentos visando a otimização do processo. O equipamento permite também o estudo de métodos de supervisão do processo através da determinação da curva característica do processo para uma determinada situação de corte. Foram realizados experimentos variando alguns parâmetros do processo e procedendo-se uma análise de variância sobre os resultados. Os experimentos mostraram que, para materiais com grande resistência, a força necessária para o corte tem relação com a força exercida pelo prendedor de chapas.

Este trabalho tem como objetivo apresentar as principais características do processo de estampagem incremental, suas aplicações, vantagens e limitações assim como verificar a sua viabilidade econômica em aplicações industriais. Os resultados obtidos mostram que este processo pode ser aplicado na indústria em fases de desenvolvimento de produtos ou até mesmo para a produção de pequenos lotes de peças. Os principais métodos utilizados na estampagem incremental são o não assistido por matriz, o semi-assistido por matriz e o assistido por matriz. Os parâmetros que tem maiores influências no processo são: a forma e acabamento da ferramenta, a estratégia de conformação, os incrementos durante a conformação, o sistema de fixação e o lubrificante utilizado. Uma comparação entre o processo de estampagem incremental não assistido por matriz e este processo utilizando uma matriz suporte foi realizado com o objetivo de se verificar a precisão dimensional de cada um dos métodos onde foi comprovado que o método assistido por matriz é mais adequado para a fabricação de produtos onde a tolerância dimensional é um requisito importante. Finalmente a viabilidade econômica do processo de estampagem incremental foi realizada e comparada com o processo de estampagem convencional, comprovando que a estampagem incremental é viável economicamente para pequenos lotes de peças. / This work aimed at presenting the main characteristics of the incremental sheet metal forming process, its applications, advantages and disadvantages and limitations as well as verify its economic viability in industrial applications. The obtained results shows that this process can be applied in industry in the product development phase or even in the production of small batches of parts. The main method utilized in the incremental sheet metal forming are dieless forming, semi-support and supported. The parameters that have great influence on the process are: shape and roughness of tool, the tool path, the step down, the holding system and the lubricant used in the forming process. A comparison between the incremental sheet forming with and with out die to support it was carried out aiming at verify the dimensional accuracy of each method. The method with a die to support it was proved to be is more appropriate to fabricate products where the dimensional accuracy is a important requirement. Finally, the economic viability analysis of the incremental sheet metal forming process were carried out and compared with the conventional stamping process, proving that the incremental sheet metal forming is economically feasible for small batches of pieces.

O atrito na interface entre a peça e a ferramenta tem considerável importância em operações de estampagem de chapas, são necessários conhecimentos precisos para a análise e projeto de novas peças e ferramentas, assim como para validação de uma simulação numérica. Este trabalho sugere uma metodologia para determinação do coeficiente médio de atrito e avalia sua resposta através do software de elementos finitos LS-DYNAFORM, específico para esse processo de fabricação. O material de estudo foi o alumínio comercialmente puro AA1100. As conclusões indicam que a metodologia aplicada gera uma boa aproximação do coeficiente de atrito e está de acordo com estudos já realizados na área. É observada também uma tendência do software a se distanciar dos resultados práticos por considerar o atrito como uma constante ao longo do processo. Apesar dessa tendência o maior afastamento entre a força máxima de estampagem que foi obtida por simulação e a medida através de ensaios não foi muito alto, cerca de 6%, que está próximo dos erros admitidos em um ensaio prático. Foi realizada a medida das deformações da peça estampada para se comparar com a resposta do software e observou-se que há uma concordância entre a simulação e as medições. / Friction at the interface of workpiece and tooling has a considerably importance in sheet metal forming operations, it is necessary an accurate knowledge for the analysis and design of new workpieces and tooling, as well as for the validation of a numeric simulation. This work suggests a methodology to determinate the mean friction coefficient and evaluates it by means of a finite element software LS-DYNAFORM, specific for these forming process operations. The material used in these work was pure commercial aluminum alloy AA1100. The results indicate that this methodology is consistent with reality because its similar to another works that have been researched. It is also observed that there is a tendency of the software to diverge from the measured results due to the fact that it considers the coefficient of friction a constant along the process. Besides of this tendency, the greater distance between the maximum drawing force given by the measurement and the numeric simulation wasn’t so big, approximately 6% and it’s near to the measurement admitted errors. Workpiece deformation measurements were made to compare with the numerical simulation results and it was observed that there is a concordance between both of it.

Este trabalho tem como objetivo a caracterização tecnológica dos aços Bake Hardening (BH 180 e BH 220); o cálculo do coeficiente de atrito; e a simulação numérica para validação dos dados analíticos durante o processo de estampagem profunda. A caracterização tecnológica foi realizada através da mensuração das propriedades mecânicas convencionais (limite de escoamento, limite de resistência, índice de encruamento, índice de anisotropia,...) e da curva limite de conformação. Para cálculo do coeficiente de atrito, foi utilizado o processo de embutimento profundo de um copo, no qual, através da mensuração da força máxima de embutimento, consegue-se estimar o coeficiente de atrito do processo pela formulação de Panknin. Com o auxílio da simulação computacional, pretende-se avaliar os resultados analíticos, a fim de validar o cálculo do coeficiente de atrito do processo através da comparação das forças máximas. A caracterização do material demonstra que tais materiais possuem boa estampabilidade. Foram analisadas as deformações que os copos obtiveram durante o processo de embutimento profundo, comprovando o aumento de espessura na região do flange. Os coeficientes de atrito, calculados no embutimento dos copos, foram dados de entrada no software de simulação para comparação das curvas das forças de embutimento, mostrando a coerência entre as curvas, validando assim uma metodologia para cálculo do coeficiente de atrito no processo. / This work has as objective the technological characterization of Bake Hardening steel (BH 180 e BH 220), the friction factor calculation and the numerical simulation for validation of analytical data during the deep drawing process. The technological characterization was carried out through the measuring of conventional mechanical properties (yield point, strength limit, yield index, anisotropy index...) and forming limit curve. For calculation of friction factor, it was used the deep drawing process of a cup, in which, through the measurement of maximum force of deep drawing is possible to esteem the friction factor of this process through formulation of Panknin. With the support of computational simulation, the analytical results are intended to be evaluated, in order to validate the calculation of the friction factor of the process through the comparison of the maximum force. The characterization of the material shows that such materials have good drawability. The deformations that the cups got during the deep drawing process were analyzed, proving the raising of thickness in the region of the flange. The friction factors calculated in the deep drawing cups were entry data in the software of simulation to the comparison of the curves of the deep drawing power, showing the coherence between the curves, in this way validating a methodology for calculation of the factor of friction in the process.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar as características e propriedades mecânicas das chapas metálicas empregadas na fabricação de produtos estampados. Neste trabalho são analisadas seis amostras de chapas metálicas: aço inoxidável AISI 304 e aço inoxidável AISI 430 produzidas pela ACESITA, aço NBR 5915 EP produzida pela USIMINAS alumínio ABNT liga 3104-0 produzida pela ALCAN Alumínio do Brasil Ltda, cobre liga ABNT 110 mole e latão liga ABNT 268 mole fabricados pelo Grupo PARANAPANEMA. Este trabalho tem como objetivo determinar e analisar as seguintes propriedades mecânicas: estrutura metalográfica, dureza, a tensão convencional(1 [ 0 FXUYD GH HVFRDPHQWR verdadeira ( kf [ 3 índice de encruamento (n), anisotropia média (rm), DQLVRWURSLD SODQDU ûr) e o Limite Razão de Estampagem ( Os resultados obtidos dos ensaios mecânicos são confrontados com os dados dos fabricantes da matéria prima e outras referências bibliográficas.

Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta instrumentada para o estudo do processo de corte de chapas por cisalhamento. Sua instrumentação permite a medição da força de corte , da força do prendedor de chapas e do deslocamento do punção, permitindo a realização de experimentos visando a otimização do processo. O equipamento permite também o estudo de métodos de supervisão do processo através da determinação da curva característica do processo para uma determinada situação de corte. Foram realizados experimentos variando alguns parâmetros do processo e procedendo-se uma análise de variância sobre os resultados. Os experimentos mostraram que, para materiais com grande resistência, a força necessária para o corte tem relação com a força exercida pelo prendedor de chapas.

Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta instrumentada para o estudo do processo de corte de chapas por cisalhamento. Sua instrumentação permite a medição da força de corte , da força do prendedor de chapas e do deslocamento do punção, permitindo a realização de experimentos visando a otimização do processo. O equipamento permite também o estudo de métodos de supervisão do processo através da determinação da curva característica do processo para uma determinada situação de corte. Foram realizados experimentos variando alguns parâmetros do processo e procedendo-se uma análise de variância sobre os resultados. Os experimentos mostraram que, para materiais com grande resistência, a força necessária para o corte tem relação com a força exercida pelo prendedor de chapas.

Este trabalho tem como objetivo apresentar as principais características do processo de estampagem incremental, suas aplicações, vantagens e limitações assim como verificar a sua viabilidade econômica em aplicações industriais. Os resultados obtidos mostram que este processo pode ser aplicado na indústria em fases de desenvolvimento de produtos ou até mesmo para a produção de pequenos lotes de peças. Os principais métodos utilizados na estampagem incremental são o não assistido por matriz, o semi-assistido por matriz e o assistido por matriz. Os parâmetros que tem maiores influências no processo são: a forma e acabamento da ferramenta, a estratégia de conformação, os incrementos durante a conformação, o sistema de fixação e o lubrificante utilizado. Uma comparação entre o processo de estampagem incremental não assistido por matriz e este processo utilizando uma matriz suporte foi realizado com o objetivo de se verificar a precisão dimensional de cada um dos métodos onde foi comprovado que o método assistido por matriz é mais adequado para a fabricação de produtos onde a tolerância dimensional é um requisito importante. Finalmente a viabilidade econômica do processo de estampagem incremental foi realizada e comparada com o processo de estampagem convencional, comprovando que a estampagem incremental é viável economicamente para pequenos lotes de peças. / This work aimed at presenting the main characteristics of the incremental sheet metal forming process, its applications, advantages and disadvantages and limitations as well as verify its economic viability in industrial applications. The obtained results shows that this process can be applied in industry in the product development phase or even in the production of small batches of parts. The main method utilized in the incremental sheet metal forming are dieless forming, semi-support and supported. The parameters that have great influence on the process are: shape and roughness of tool, the tool path, the step down, the holding system and the lubricant used in the forming process. A comparison between the incremental sheet forming with and with out die to support it was carried out aiming at verify the dimensional accuracy of each method. The method with a die to support it was proved to be is more appropriate to fabricate products where the dimensional accuracy is a important requirement. Finally, the economic viability analysis of the incremental sheet metal forming process were carried out and compared with the conventional stamping process, proving that the incremental sheet metal forming is economically feasible for small batches of pieces.