Aplicação da Teoria Elementar da Plasticidade e da simulação numérica para Forjamento em Matriz Aberta de eixo vazado

Abstract

Este trabalho tem como propósito analisar o modelo matemático baseado na Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) para o Forjamento em Matriz Aberta (FMA) de tarugos cilíndricos com o intuito de obter um eixo vazado para a utilização em aerogeradores. Foram realizadas simulações computacionais pelo Método dos Elementos Finitos (FEM) com efeito de comparação, utilizando o software Simufact.Forming 11.0. Foi exposto a sequência de cálculos e as interações realizadas para a construção de um modelo matemático a partir da TEP. Esse modelo matemático foi aplicado para os dois primeiros recalques em um tarugo cilíndrico vazado. Ambos os recalques foram executados no processo de Forjamento em Matriz Aberta. Tanto com o procedimento matemático baseado na TEP, quanto na simulação numérica baseado no FEM, foram obtidos os valores de distribuição de deformações, de distribuição de tensões e de forças de compressão requeridos pela prensa de forjamento para ambos os recalques. Com a conclusão dos experimentos físicos foi constatado que os valores das forças obtidos pela Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) e pelo Método dos Elementos Finitos (FEM) variaram aproximadamente entre 5 a 15% em relação aos valores experimentais, possibilitando fazer comparações com variações e alterações na metodologia do processo. Observou-se que as regiões que apresentaram maiores concentrações de deformações equivalentes e tensões na direção z pelo modelo matemático (TEP) coincidiram com as regiões de maiores concentrações encontradas no software de simulação numérica (FEM). Desta forma, estima-se para a geometria estudada que a TEP pode ser empregada como uma ferramenta de simulação eficiente no processo de Forjamento em Matriz Aberta.

This paper aims to analyze the mathematical model based on the Plasticity Elementary Theory (TEP) for the Open Die Forging of cylindrical billets in order to get a hollow shaft for using in wind generator. Computer simulations were performed by the Finite Element Method (FEM) with purpose of comparison, using the software Simufact.Forming 11.0. It was exposed the calculations sequence and performed interactions to make a mathematical model from the TEP. This mathematical model was applied for the first two upsetting in a hollow cylindrical billet. Both upsetting were executed in the process of Open Die Forging. Both the mathematical method based in the TEP as the numerical simulation based in the FEM, it were obtained the value of the strains distribution, the stresses distribution and the compressive force required by the forging press for both upsetting. With the physical experiments concluded, it was found that the forces values obtained by the TEP and by the FEM ranged approximately between 5 and 15% compared to the experimental values, allowing make comparisons with variations and changes in the process methodology. It was observed that regions where showed higher concentrations of equivalent strains and stresses in the z direction by the mathematical model (TEP) coincided with the regions of higher concentrations found numerical simulation software (FEM). It’s demonstrated for the geometry studied that the TEP can be employed as a simulation efficient tool in the process of Open Die Forging.