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Artigos: Fabricação de peças furadas por conformação a frio, por Cássio Suski e Mário Moraes
30/08/2007 01h42

Em geral, o projeto de um componente furado é complexo, pois seu sistema de extração e regulagem em máquinas é muito mais complicado. A primeira proposta de simulação foi com a construção do furo no último estágio do processo. A outra proposta foi feita com a confecção do furo no primeiro estágio do processo. Mesmo que o projeto de um componente, no qual já seja feito o furo desde o primeiro estágio, apresente mais dificuldades em construção e em regulagem, as menores tensões no material são encontradas quando se opta por esta configuração. Palavras chaves: forjamento a frio, elementos finitos, simulação, peças cilíndricas furadas.

 
Introdução
Este trabalho tem como objetivo descrever o processo de fabricação de peças cilíndricas furadas por meio de conformação mecânica a frio. Foram realizadas simulações 2D no pacote comercial Eesy-2-Form da empresa alemã CPM e após, foram realizados os testes em máquina, mostrando resultados satisfatórios. Os avanços tecnológicos dos processos de fabricação por conformação têm sido conseguidos pelo melhoramento das ferramentas computacionais de simulações atreladas ao processo. Por muito tempo, estas ferramentas de simulação eram vistas pelas empresas de conformação como brinquedos de engenharia.
Com o passar do tempo essas mesmas empresas passaram a voltar seu foco de atenção a esta ferramenta e têm detectado suas vantagens fazendo uso desta nova tecnologia. Esses pacotes comerciais de simulação baseados nos elementos finitos têm ajudado muito a atividade do projetista de processo de conformação, visto que permitem a realização de simulações de fenômenos que irão ocorrer em máquinas, evitando, desta forma, alguns erros que poderiam ocorrer durante a execução do projeto, tais como condição de escoamento do material, falta de preenchimento, excesso de esforço de conformação, dobras nas pré-formas, dentre outros. Entretanto, o simples uso de uma ferramenta de simulação não evita que venham a ocorrer erros na execução do projeto. Existem parâmetros envolvidos no processo que não são fáceis de serem modelados pelas teorias existentes.
Metodologia
Geralmente, o processo de furação em conformação é de natureza complicada, tanto na integridade do componente forjado quanto para o ferramental, pois o sistema de extração torna-se complexo; é necessário assegurar o não fechamento do furo em operações posteriores e muitos outros problemas que ocorrem no decorrer do processo. A dificuldade torna-se maior quando se tem além de um furo, um chanfro na ponta do mesmo, pois a conformação deste tenderia a fechar o furo. Por isso, em muitos processos, tem-se geralmente optado por colocar a furação como a última operação na seqüência do mesmo.
Foram realizadas simulações no pacote comercial de elementos finitos para plasticidade (Eesy-2-Form) e as construções das ferramentas foram feitas por diferentes configurações. Usou-se um carregamento assimétrico, com tamanho de elemento quadrático de 0,50mm. Também foi feita a consideração de que o processo de conformação seja isotérmico a 80° C. Anteriormente, o material passa por um passe de trefilação, reduzindo sua seção transversal em aproximadamente 8%. Foi usado um fator de atrito combinado (Lei de Coulomb e Lei de Newton) entre a matriz e a peça com ì = 0,001 para redução livre e ì=0,05 para redução forçada e m=0,1.
Resultados Obtidos
Na simulação, verificou-se que um menor estado de tensões é alcançado quando se opta por realizar a operação de furação anterior às operações seguintes. Apesar de essa configuração exigir maior complexidade do ferramental, sua regulagem e condição de operação em máquinas são relativamente simples. Primeiramente, veremos a seqüência antiga do processo e seus resultados de simulação:
Na seqüência antiga, pode se observar que o fato de o furo ser feito na última pré-forma ocasionar um fluxo de material que seria confinado pela matriz, ocasionando aumento da tensão de compresão sobre o pino, conforme indicado abaixo:
Fig. 2: Tensões de compressão sobre o pino furador
Pode-se observar que a tensão de compressão se encontra na faixa de aproximadamente 2680MPa. Para o material DIN 13343, que possui uma tensão de ruptura de aproximadamente 2200MPa para uma dureza de aproximadamente 63 RC, romperia o pino furador.
Apesar de exigir um sistema de ferramentas mais complexo, este apresenta vantagens no quesito vida útil da ferramenta, visto que o nível de tensões para o pino furador é muito mais baixo, como pode ser visto na figura 4:
Fig. 4: Tensões de compressão sobre o pino furador
Pode-se observar que neste caso, as tensões para o pino furador estão próximas a 1790Mpa, muito menores que na configuração antiga do processo, permitindo que a operação seja feita sem a ruptura do pino furador.
Conclusões
As ferramentas de simulação computacional pelo método dos elementos finitos têm ajudado muito a atividade de desenvolvimento de novos produtos. Cada vez mais a integração entre projeto e execução se torna possível por meio desta ferramenta. Deve-se buscar cada vez mais uma integração entre os setores de engenharia e ferramentaria a fim de garantir a qualidade dos resultados obtidos pelos pacotes de simulação. As operações posteriores à atividade de projeto devem buscar estar totalmente de acordo com os parâmetros de simulação para que possam refletir um parecer favorável em relação à fabricação do produto conformado a frio.
Referências Bibliográficas
Fancello,E- Introdução à Mecânica do Contínuo; Schaeff er, L. - Forjamento – Introdução ao Processo; Schaeff er, L – Problemas Práticos de Conformação Mecânica.
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CONTEÚDO DA EDIÇÃO

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