ANÁLISE NUMÉRICA DA INFLUÊNCIA DE DEFEITOS INTERNOS NA FALHA DE PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAÇÃO TRANSVERSAL COM CUNHA

ANÁLISE NUMÉRICA DA INFLUÊNCIA DE DEFEITOS INTERNOS NA FALHA DE PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAÇÃO TRANSVERSAL COM CUNHA

Judice, G. H.; Button, S. T.

Full Article:

O processo de conformação denominado Laminação Transversal com Cunha, também conhecida como Cross Wedge Rolling, tem se destacado na indústria pela sua flexibilidade, produtividade e economia de material, porém pode apresentar o problema do defeito interno que inviabiliza a utilização dos seus produtos. Esse estudo tende a demonstrar através de simulações por métodos numéricos do processo de laminação transversal com cunha, como as falhas internas de um material – vazios e inclusões – vêm a evoluírem para defeitos de grandes proporções, assim se desenvolveu diferentes modelos de elementos finitos no software comercial Abaqus® versão 6.9-2. Foram simulados modelos bidimensionais com vazios internos de diferentes tamanhos e disposições. Posteriormente, foram simulados modelos com inclusões circulares, quadráticas e triangulares, a fim de avaliar o que essas características influenciam no processo. E por fim, foi simulado um modelo utilizando o recurso de caracterização de porosidade do aço, gerando uma representação dos locais de nucleação e coalescência de poros. Os modelos com vazios apresentaram elevados valores de tensão junto a suas circunferências, sendo que esses vazios tenderam a fechar durante a deformação, já os modelos com inclusões apresentaram também altos valores de tensão ao seu redor com uma tendência à formação de fissuras e o modelo com propriedades de porosidade confirmou que há a tendência de nucleação e coalescência de vazios na região central do tarugo.

O processo de conformação denominado Laminação Transversal com Cunha, também conhecida como Cross Wedge Rolling, tem se destacado na indústria pela sua flexibilidade, produtividade e economia de material, porém pode apresentar o problema do defeito interno que inviabiliza a utilização dos seus produtos. Esse estudo tende a demonstrar através de simulações por métodos numéricos do processo de laminação transversal com cunha, como as falhas internas de um material – vazios e inclusões – vêm a evoluírem para defeitos de grandes proporções, assim se desenvolveu diferentes modelos de elementos finitos no software comercial Abaqus® versão 6.9-2. Foram simulados modelos bidimensionais com vazios internos de diferentes tamanhos e disposições. Posteriormente, foram simulados modelos com inclusões circulares, quadráticas e triangulares, a fim de avaliar o que essas características influenciam no processo. E por fim, foi simulado um modelo utilizando o recurso de caracterização de porosidade do aço, gerando uma representação dos locais de nucleação e coalescência de poros. Os modelos com vazios apresentaram elevados valores de tensão junto a suas circunferências, sendo que esses vazios tenderam a fechar durante a deformação, já os modelos com inclusões apresentaram também altos valores de tensão ao seu redor com uma tendência à formação de fissuras e o modelo com propriedades de porosidade confirmou que há a tendência de nucleação e coalescência de vazios na região central do tarugo.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/meceng-wccm2012-18033

Referências bibliográficas

• [1] ALTENHOF, W.; ZAMANI, N.; NORTH,W.; ARNOLD, B. Dynamic stress concentrations for an axially loaded strut at discontinuities due to an elliptical hole or double circular notches. International Journal of Impact Engineering, v.30, p. 255-274, 2004.
• [2] BATTIN, Aditya Ashok. Finite element analysis of forging. 2009. 55p. Master of Science - Faculty of the Graduate School, University of Texas, Arlington.
• [3] CHEN, D. Rigid-plastic finite element analysis of plastic deformation of porous metal sheets containing internal void defects. Journal of Materials Processing Technology, v.180, p.193-200, 2006.
• [4] Dassault Systèmes Simulia Corp. Special-Purpose Techniques. In: ______.Abaqus analyses user’s manual, version 6.9. Providence: Dassault Systèmes Simulia Corp. 2009, v.2, cap.11, p.11.7.1-1a 11.7.1-13.
• [5] DIXIN Y.; JINGPEI, X.; KEFENG, Z.; ZONGFA, L.; AIQIN, W.; WENYAN, W. Numerical simulation of stress field in inclusions of large rudder arm steel castings.China Foundry, v.6, p.219-225, 2009.
• [6] DONG, Y.; TAGAVI; K. A.; LOVELL, M. R.; DENG, Z. Analysis of stress in cross wedge rolling with application to failure. International Journal of Mechanical Sciences, v.42, p.1233-1253, 2000.
• [7] ERVASTI, E.; STÅHLBERG, Ulf. Void initiation close to a macro-inclusion during single pass reductions in the hot rolling of steel slabs: A numerical study. Journal of Materials Processing Technology, v. 170, p. 142-150, 2005.
• [8] GENTILE, Fernando César Gentile. Estudo do processo de laminação transversal com cunha (cross wedge rolling) para fabricação de eixos escalonados. 2004. 190p. Tese (doutorado) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual De Campinas, Campinas.
• [9] LI, Q.; LOVELL, M. R; SLAUGHTER, W.; TAGAVI, K. Investigation of the morphology of internal defects in cross wedge rolling. Journal of Materials Processing Technology, v.125-126, p.248–257, 2002.
• [10] LI, Q. Lovell, M. R. The establishment of a failure criterion in cross wedge rolling.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, v.24, n.3-4, p.180-189, 2004.
• [11] PATER, Z. Theoretical and experimental analysis of cross wedge rolling process. International Journal of Machine Tools and Manufacture, v.40, p.49-63, 2000.
• [12] SÁNCHEZ, P.J.; HUESPE; A.E.; OLIVER, J.On some topics for the numerical simulation of ductile fracture. International Journal of Plasticity, v. 24, p.1008-1038, 2008.
• [13] SILVA, Mario Luiz Nunes. Otimização do processo de laminação transversal com cunha para a produção de eixos com aço SAE 1045. 2008. 108p. Tese (doutorado) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual De Campinas, Campinas.
• [14] SILVA, M.L.N.; PIRES, G.H.; BUTTON, S.T. Damage evolution during cross wedge rolling of steel DIN 38MnSiVS5. Procedia Engineering, v.10, p.752-757, 2011.
• [15] TVERGAARD, V., HUTCHINSON, J. W. Two mechanisms of ductile fracture: void by void growth versus multiple void interaction. International Journal of Solids and Structures, v. 39, p. 3581-3597, 2002.
• [16] WANG, M.; LI, X.; DU, F. Analysis of metal forming in two-roll cross wedge rolling process using finite element method. Journal of Iron and Steel Research, v. 16, p. 38-43, 2009.
• [17] YU, H.; BI, H.; LIU X.; CHEN L.; DONG, N. Behavior of inclusions with weak adhesion to strip matrix during rolling using FEM. Journal of Materials Processing Technology, v. 209, p. 4274-4280, 2009.

Como citar:

Judice, G. H.; Button, S. T.; "ANÁLISE NUMÉRICA DA INFLUÊNCIA DE DEFEITOS INTERNOS NA FALHA DE PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAÇÃO TRANSVERSAL COM CUNHA", p-588-607. In: In Proceedings of the 10th World Congress on Computational Mechanics [= Blucher Mechanical Engineering Proceedings, v. 1, n. 1]. São Paulo: Blucher, 2014.
ISSN 23580828, DOI 10.5151/meceng-wccm2012-18033