Desenvolvimento e aplicação de máscaras metálicas como revestimento protetivo para matrizes de forjamento

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Zottis, Juliana
• Orientador(a): Rocha, Alexandre da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Processos de fabricação; Forjamento a quente; Elementos finitos; Ferramentas
• Palavras-chave em Inglês: Manufacturing process; Hot forging; Finite element analysis; Tool design
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/212855

Ferramentas de conformação mecânica utilizadas em operações de forjamento a quente estão sujeitas a altas cargas mecânicas e tribológicas devido ao carregamento cíclico do processo. O crescente desenvolvimento industrial aliado à necessidade de redução na perda de matéria-prima e energia, levam à busca de conhecimento e melhoria no controle dos parâmetros envolvidos no processo de forjamento, principalmente no que diz respeito ao aumento da durabilidade das matrizes de conformação. Portanto, o presente trabalho visa desenvolver um método de aplicação de máscaras metálicas e analisar o potencial de diferentes materiais de chapas aplicadas como revestimento protetivo de matrizes de forjamento, a fim de auxiliar na conservação, reduzir os carregamentos termomecânicos gerados a cada peça forjada ou ciclo de forjamento, evitando-se assim deformações excessivas e desgaste da ferramenta. Análises iniciais de dureza, microestrutura e resistência mecânica em temperatura foram realizados para a pré-seleção dos aços com potencial de aplicação como máscaras de revestimento. As chapas de aço DP600, DC04, M2, 22MnB5 e Hardox450 foram avaliadas inicialmente através de experimento de forjamento em matriz aberta e, posteriormente com geometrias axissimétricas simples de forjamento em matriz fechada. A estratégia de fabricação da máscara foi analisada através de simulações numéricas utilizando o software DeformTM 2D-3D, e de experimentos de estampagem profunda e incremental. O comportamento do conjunto e os requisitos de projeto foram observados, e com isso foi possível desenvolver um método de aplicação de máscaras metálicas sobre matrizes. O método foi então testado para o forjamento em matriz axissimétrica escalonada. Os aços DP600, M2 e 22MnB5 apresentaram aumento de dureza quando submetidas ao forjamento em matriz aberta. A máscara de aço DP600 com 1,0 mm de espessura apresentou aumento de 24% na dureza após 5 ciclos de forjamento. O comportamento dos aços 22MnB5 (revestido) e DP600 foi similar para as temperaturas analisadas no ensaio de tração, com redução em torno de 10% a 300°C e menor que 30% a 500°C e apresentaram a menor redução a 700°C, dentre os materiais analisados. O desenvolvimento de uma geometria axissimétrica escalonada possibilitou a análise da aplicação de máscara de revestimento na fabricação de blocos de engrenagens. A estampagem incremental com suporte foi escolhida como estratégia de fabricação das máscaras de 1,0 e 1,5 mm de espessura com geometria axissimétrica. O aço 22MnB5 apresentou melhores resultados quanto à resistência e deformações durante os experimentos de forjamento. A aplicação da máscara apresentou uma redução de até 87,6% na amplitude de temperatura da matriz. Como as variações de temperatura influenciam diretamente no desgaste da matriz por fadiga térmica, pode ser evidenciado que o método de aplicação de máscara metálica contribui significativamente para a conservação da matriz de forjamento. Portanto, através deste trabalho foi possível analisar diferentes geometrias, materiais e condições, além do desenvolvimento dos requisitos necessários para a aplicação de máscaras metálicas como revestimentos para matrizes de forjamento.