Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T01:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarcoFabricioLopesPereirada_M.pdf: 6009072 bytes, checksum: 9390e6123ad97adcd3ad0d0f7f347dc6 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da lubrificação sobre os esforços do processo e produto durante o embutimento profundo de corpos com chapas metálicas, conforme ABNT NBR 5906: 1984 grau EPA de espessura 3,5mm e entender as causas da fratura no produto durante o embutimento sobre condições específicas de processo. Ocorrências de defeitos como trincas, acabamentos indesejáveis, estrangulamentos, entre outros, em componentes estampados desse gênero e nessa ordem de espessura, justificam avaliar como o lubrificante atua sobre as características do processo de embutimento e quais são seus efeitos sobre as características dimensionais do produto. Para avaliar a ocorrência da fratura dos corpos de prova, foi realizado o primeiro conjunto de experimentos (sem lubrificantes) planejados pelo método fatorial, com a intenção de selecionar os corpos de prova para a segunda fase de experimentos. Os resultados foram coletados e analisados, podendo-se concluir nessa primeira fase que a probabilidade de fraturar o corpo de prova é maior em função do diâmetro externo do blanque do que em função do raio da ferramenta e que, a partir dos testes estatísticos não foi evidenciada a influência do prensa chapa sobre a probabilidade de fraturar o corpo de prova. Também nota-se que a não atuação do prensa chapa favorece a diminuição da força máxima de embutimento pela maior influência do raio da ferramenta. Quanto à ocorrência da fratura dos corpos de prova no segundo conjunto de experimentos planejados pelo método fatorial, com o objetivo de avaliar o desempenho de cinco lubrificantes, verificou-se que não houve influência da lubrificação sobre os resultados de fratura. Novamente foi identificada a relação com o raio da ferramenta (R) e com a atuação do prensa chapa, reforçando a hipótese de sensibilidade do produto em função da geometria da ferramenta. Avaliando-se os tipos de lubrificantes sobre a estricção da parede do produto em pontos específicos, observou-se uma deformação significativa quanto comparada com os resultados sem a aplicação de lubrificantes. Os cinco lubrificantes selecionados para os ensaios não minimizaram o efeito de fraturas nos corpos de prova, porém foi evidenciado efeito nos esforços de embutimento, destacando-se dos demais o lubrificante semi-sintético Extrudoil 319 HT. / Abstract: The objective of this work was to evaluate the influence of the lubrication on the process and product during the deep drawing of metallic cups, as Brazilian standard ABNT NBR 5906:1984, degree EPA to thickness 3,5mm and to understand the causes of the cracking during deep drawing, on specific conditions of this process. Occurrences of defects as crack, undesirable finishing, necking, among others, in stamped components in this level of thickness, justify evaluating the lubricant on the characteristics of the deep drawing process and the effect on the dimensional characteristics of the product. To evaluate the occurrence of cracking in the cups, it was planned the first set of experiments (without lubricant) with the factorial design, to select the cups for the second phase of experiments. The results had been collected and analyzed, being able to conclude in this first phase that the probability to crack the cup is bigger in function of the external diameter of blank, in function of the diameter of the tool, and according to the statistical tests, there were not evidences of the influence of the blank holder on the probability for cracking. Also without the blank holder there was a reduction of the maximum force of deep drawing because the biggest influence of the diameter of the tool. To evaluate the occurrence of cracking of the cups a second phase of experiments was planned with the factorial design, with the objective to evaluate the performance of five lubricants. It was verified that there was not influence of the lubrication on the cracking results; however it was again identified the relation with the diameter of the tool and with the performance of the blank holder, strengthening the hypothesis of sensitivity of the product in function of the geometry of the tool. Evaluating the five lubricants influence on the reduction of area of the cup wall in specific points, it was observed a significant deformation when compared with the results without lubricant. The five lubricants selected for the tests had not minimized the effect of cracking, however evidenced the effect in the deep drawing load, being the semi-synthetic lubricant Extrudoil 319 HT the best of these five lubricants. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

A conformação mecânica está presente em diversos processos industriais e classificam-se em diversas categorias com base em critérios como: o tipo de esforço que provoca a deformação do material, a variação relativa da espessura da peça, o regime de operação de conformação, a temperatura de trabalho, o propósito da deformação. Basicamente, os processos de conformação mecânica podem ser classificados em: conformação de chapas, extrusão, trefilação, laminação e forjamento. O desempenho dos componentes mecânicos pode ser avaliado por uma série de ferramentas matemáticas, porém o conjunto de soluções analíticas nem sempre atendem a solução do problema, o que leva ao uso de métodos numéricos com soluções aproximadas. Com a evolução tecnológica muito tem se utilizado das simulações computacionais visando obter resultados mais rápidos, confiáveis e econômicos. Muitos métodos tem sido implementados para a realização de simulações e em destaque tem-se a modelagem por elementos finitos. O método dos elementos finitos considera a região de solução do problema formada por pequenos elementos conectados entre si, onde a região em estudo é analiticamente modelada ou aproximada por um conjunto de elementos discretos pré-definidos. A metodologia utilizada, consiste nas definições do produto a ser estampado, processo de conformação, e os projetos das ferramentas que serão utilizadas na fabricação do produto, após estas definições, serão modelados no software Inventor os componentes que atuam diretamente na conformação, em seguida serão inseridos no software DEFORM as ferramentas modeladas, e as informações técnicas referentes ao processo e todas as condições que podem influenciar no trabalho de conformação. Após a realização da simulação, é feita a análise das informações obtidas para que seja avaliada a viabilidade do processo, se o processo se mostrar capaz de atingir as especificações desejadas é dado prosseguimento na fabricação do produto, caso contrário serão feitas revisões e correções para que sejam alcançados as especificações, sem que seja necessário a construção de ferramentas. / The mechanical conformation is present in many industrial processes and are classified into several categories based on criteria such as: the type of stress that causes the deformation of the material, the relative variation of the thickness of the workpiece, the scheme forming operation, the temperature work, the purpose of deformation. Basically, the mechanical forming processes can be classified as: sheet metal forming, extrusion, wire drawing, rolling and forging. The performance of mechanical parts can be assessed by a number of mathematical tools, but the joint analytical solutions do not always meet the problem solution, which leads to the use of numerical methods to approximate solutions. With the technological evolution has long been used computational simulations to obtain results faster, reliable and economic. Many methods have been implemented to carry out simulations and has been highlighted by finite element modeling. The finite element method considers the region of solving the problem consists of small elements connected to each other, where the region under study is analytically approximated or modeled by a set of predefined discrete elements. The methodology used is the product settings to be printed, forming processes, and the tools projects that will be used in the manufacture of the product, after these settings, will be modeled in Inventor software components that act directly on the conformation then be entered into the software DEFORM patterned tools, and technical information related to the process, and all the conditions that may influence on the conformation work. Upon completion of the simulation is made analysis of information to be made to evaluate the process of viability, if the process proves capable of achieving the desired specifications are given further in the manufacture of the product, otherwise revisions and corrections will be made that the specifications are achieved without the build tools required.

O ensaio do anel consiste na compressão de uma amostra em formato de anel com as proporções 6:3:2 (diâmetro externo; diâmetro interno; altura) que foi deformada em sua altura. Neste trabalho realizaram-se ensaios de compressão de anel para três ordens de grandeza de velocidades de deformação: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, e dois graus de redução na altura: 20% e 50%. Os ensaios foram realizados em duas condições, uma na qual os ensaios sucessivos foram realizados na mesma posição da ferramenta sem polimento da mesma e outra na qual entre ensaios consecutivos, as ferramentas foram polidas recuperando sua condição superficial inicial. Para cada condição ensaiada sobre superfície polida foram realizadas 10 réplicas. Para ensaios sobre superfície sem polimento intermediário foram realizadas 10 compressões de anéis consecutivas. As ferramentas foram fabricadas de aço ferramenta e os corpos de prova, anéis, em aço SAE 1020 nas dimensões 18 x 9 x 6 mm (raio externo, raio interno e altura). Nas observações das superfícies de trabalho bem como das microestruturas foi utilizado microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura. Para os ensaios com polimento das ferramentas entre ensaios observou-se que: a) A elevação da redução de altura não resultou na variação do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 50% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. Para os ensaios sem polimento intermediário das ferramentas observou-se que: a) O aumento da redução de altura elevou significativamente o valor do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 20% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. A análise da superfície das ferramentas mostrou qualitativamente que nos ensaios sem polimento intermediário das ferramentas realizados com 50% de deformação a adesão do material do anel sobre a ferramenta era maior do que para os ensaios realizados com 20%. Atribuiu-se a elevação do coeficiente de atrito em relação aos ensaios com polimento intermediário das ferramentas à adesão de material. / The test consists of the compression of a ring-shaped sample in the proportion of 6:3:2 (outer diameter; inner diameter; thickness) that was deformed along its height. Ring compression tests were performed with conformation speed in three orders of magnitude: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, and two height reduction degrees: 20% and 50%. The experiments were performed in two different conditions: one in which successive tests were performed in the same tool position without polishing it, and another in which the tools were polished between successive tests, recovering its surfaces initial condition. The test under the polished surface condition was repeated 10 times. For the test of surfaces without intermediate polishing, 10 consecutive ring compressions were performed. The dies were made of High Speed Steel and the specimens were made of SAE 1020 steel with dimensions of 18 x 9 x 6 mm (outer radius, inner radius and thickness). The working surface and the microstructures were analyzed with optical microscope and scanning electron microscope. The tests with intermediate tool polishing presented the following results: a) an increase in the height reduction degree did not result in variation of the friction coefficient in the three studied conformation speed. b) In the tests with 50% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The tests without intermediate tool polishing showed that: a) an increase in the height reduction degree significantly increased the friction coefficient for the three studied conformation speed. b) In the tests with 20% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The qualitative analysis of the tool surface showed that in the tests without intermediate tool polishing performed with 50% of deformation, the adhesion of ring material on the tool was greater than in the tests with 20% of deformation. The increase in the friction coefficient in relation to the tests with intermediate polishing was attributed to adhesion of material.

O ensaio do anel consiste na compressão de uma amostra em formato de anel com as proporções 6:3:2 (diâmetro externo; diâmetro interno; altura) que foi deformada em sua altura. Neste trabalho realizaram-se ensaios de compressão de anel para três ordens de grandeza de velocidades de deformação: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, e dois graus de redução na altura: 20% e 50%. Os ensaios foram realizados em duas condições, uma na qual os ensaios sucessivos foram realizados na mesma posição da ferramenta sem polimento da mesma e outra na qual entre ensaios consecutivos, as ferramentas foram polidas recuperando sua condição superficial inicial. Para cada condição ensaiada sobre superfície polida foram realizadas 10 réplicas. Para ensaios sobre superfície sem polimento intermediário foram realizadas 10 compressões de anéis consecutivas. As ferramentas foram fabricadas de aço ferramenta e os corpos de prova, anéis, em aço SAE 1020 nas dimensões 18 x 9 x 6 mm (raio externo, raio interno e altura). Nas observações das superfícies de trabalho bem como das microestruturas foi utilizado microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura. Para os ensaios com polimento das ferramentas entre ensaios observou-se que: a) A elevação da redução de altura não resultou na variação do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 50% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. Para os ensaios sem polimento intermediário das ferramentas observou-se que: a) O aumento da redução de altura elevou significativamente o valor do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 20% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. A análise da superfície das ferramentas mostrou qualitativamente que nos ensaios sem polimento intermediário das ferramentas realizados com 50% de deformação a adesão do material do anel sobre a ferramenta era maior do que para os ensaios realizados com 20%. Atribuiu-se a elevação do coeficiente de atrito em relação aos ensaios com polimento intermediário das ferramentas à adesão de material. / The test consists of the compression of a ring-shaped sample in the proportion of 6:3:2 (outer diameter; inner diameter; thickness) that was deformed along its height. Ring compression tests were performed with conformation speed in three orders of magnitude: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, and two height reduction degrees: 20% and 50%. The experiments were performed in two different conditions: one in which successive tests were performed in the same tool position without polishing it, and another in which the tools were polished between successive tests, recovering its surfaces initial condition. The test under the polished surface condition was repeated 10 times. For the test of surfaces without intermediate polishing, 10 consecutive ring compressions were performed. The dies were made of High Speed Steel and the specimens were made of SAE 1020 steel with dimensions of 18 x 9 x 6 mm (outer radius, inner radius and thickness). The working surface and the microstructures were analyzed with optical microscope and scanning electron microscope. The tests with intermediate tool polishing presented the following results: a) an increase in the height reduction degree did not result in variation of the friction coefficient in the three studied conformation speed. b) In the tests with 50% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The tests without intermediate tool polishing showed that: a) an increase in the height reduction degree significantly increased the friction coefficient for the three studied conformation speed. b) In the tests with 20% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The qualitative analysis of the tool surface showed that in the tests without intermediate tool polishing performed with 50% of deformation, the adhesion of ring material on the tool was greater than in the tests with 20% of deformation. The increase in the friction coefficient in relation to the tests with intermediate polishing was attributed to adhesion of material.

Este trabalho trata da avaliação da técnica de conformação por expansão fluidostática (bulge forming) através de uma matriz com múltiplas cavidades. Duas ligas de especificação AA5083 e Pb-60Sn foram submetidas ao processo de superplasticidade (Superplastic Forming) para a verificação de diferentes parâmetros de trabalho e comparação com os resultados por simulação numérica. Uma das principais conclusões obtidas é que o método multidomo foi válido para o estudo do fenômeno superplástico. Os testes foram realizados através do método de pressão constante, onde foi possível obter variáveis como tensão, taxa de deformação e índice de sensibilidade a taxa de deformação. Uma importante implicação deste processo é o controle correto do tempo de trabalho com cavidades conformadas em ensaios distintos. / This study aims to evaluate the forming technique fluidostatic expansion (bulge forming) through a die with multiple cavities. Two AA5083 alloy and Pb-60Sn specification were submitted to superplasticity process (superplastic forming) for checking different working parameters and comparison with the results in numerical simulation. One of the main conclusions is that the multidomo method was valid to study the superplastic phenomenon. The tests were performed using the constant pressure method, where it was possible to obtain variables such as stress, strain rate and the strain rate sensitivity index. An important implication of this process is the correct control of working time with shaped cavities in separate trials.

Este trabalho trata da avaliação da técnica de conformação por expansão fluidostática (bulge forming) através de uma matriz com múltiplas cavidades. Duas ligas de especificação AA5083 e Pb-60Sn foram submetidas ao processo de superplasticidade (Superplastic Forming) para a verificação de diferentes parâmetros de trabalho e comparação com os resultados por simulação numérica. Uma das principais conclusões obtidas é que o método multidomo foi válido para o estudo do fenômeno superplástico. Os testes foram realizados através do método de pressão constante, onde foi possível obter variáveis como tensão, taxa de deformação e índice de sensibilidade a taxa de deformação. Uma importante implicação deste processo é o controle correto do tempo de trabalho com cavidades conformadas em ensaios distintos. / This study aims to evaluate the forming technique fluidostatic expansion (bulge forming) through a die with multiple cavities. Two AA5083 alloy and Pb-60Sn specification were submitted to superplasticity process (superplastic forming) for checking different working parameters and comparison with the results in numerical simulation. One of the main conclusions is that the multidomo method was valid to study the superplastic phenomenon. The tests were performed using the constant pressure method, where it was possible to obtain variables such as stress, strain rate and the strain rate sensitivity index. An important implication of this process is the correct control of working time with shaped cavities in separate trials.