Avaliação do Retorno Elástico em Chapas de Aço Bifásicos através do Processo de Dobramento

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1 Avaliação do Retorno Elástico em Chapas de Aço Bifásicos através do Processo de Dobramento Martins, M. S.¹ Schaeffer, L.² ¹ Engenheiro Mecânico, Mestrando no Programa de Pós-graduação de Minas, Metalurgia e Materiais Universidade Federal do Rio Grande do Sul, mateus.martins@ufrgs.br. ² Professor Dr.-Ing., Coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica Universidade Federal do Rio Grande do Sul, schaefer@ufrgs.br. Resumo Neste trabalho será avaliado o comportamento do retorno elástico durante o processo de dobramento em chapas de aços DP 600 e DP 800, ambos com 1,00 mm de espessura, e como o procedimento experimental pode auxiliar na verificação do mesmo, através dos cálculos de SCHAEFFER O procedimento experimental foi realizado a frio. Palavras-chaves: Dobramento, Retorno Elástico, Aços de Alta Resistência. 1 INTRODUÇÃO O retorno elástico, na fabricação de peças conformadas, é uma preocupação importante no projeto da dimensão final do componente, bem como do ferramental envolvido, tornando, então a sua previsão uma tarefa muito complexa, que reflete em produtividade e custos. As crescentes demandas da indústria automobilística, que exige a utilização cada vez mais de aços com maior resistência mecânica, levaram a um aumento no uso de aços avançados de alta resistência (AHSS Advanced High Strenght Steel) como material de trabalho. O aumento da tensão de escoamento do material diminui sua conformabilidade e aumenta o retorno elástico. O efeito do retorno elástico é um dos principais fatores que determinam a forma final do produto e, se não for corretamente controlado, afeta adversamente a precisão do produto e, consequentemente, a sua qualidade. O controle do retorno elástico ou a

2 correção dos materiais estampados é uma tarefa difícil e complexa que normalmente é resolvida na indústria por métodos de tentativa e erro. Estes métodos são demorados e implicam em custos elevados. Nos processos de dobra de chapas, o material tem uma recuperação elástica maior durante a descarga o que leva a um retorno elástico também maior, principalmente nestes tipos de aços, onde a linha de carga e descarga no regime elástico é maior. Dada à dimensão do produto final, o projeto da conformação de chapas deve ser capaz de incorporar com precisão de recuperação elástica, que é influenciada por uma combinação de parâmetros de processo, tais como propriedades dos materiais, temperatura, formas e dimensão da ferramenta, as condições de atrito e de contato, espessura, largura, comprimento e entre outros fatores. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste trabalho, o processo de dobramento, a chapa sofre uma deformação por flexão em prensas que fornecem a energia e os movimentos necessários para realizar a operação. A forma é conferida mediante o emprego de punção e matriz específicas até atingir a forma desejada. Na operação de dobramento, a chapa é submetida a esforços aplicados em duas direções opostas para provocar a flexão e a deformação plástica, mudando a forma de uma superfície plana para duas superfícies concorrentes, em ângulo, com raio de concordância em sua junção. Define-se tira de chapa para este trabalho como uma chapa de aço de medidas comprimento de l=80 mm e largura de b=20 mm. A figura 01 mostra a representação de uma chapa submetida ao processo de dobramento.

3 Figura 01: Representação de uma chapa submetida ao processo de dobramento O processo de dobramento é um processo relativamente simples e há muitos anos é aplicado na indústria. Os esclarecimentos tecnológicos com seus fundamentos científicos desse processo são relativamente recentes. A importância deste processo reporta-se a aplicações de componentes geometricamente simples até estruturas complexas quando se pensa nas estruturas de nossas indústrias na área de transportes (por exemplo: fabricação de ônibus ou navios). Durante o processo de dobramento ocorrem muitas vezes fenômenos indesejados como a variação da secção ou a alteração da espessura do componente em questão (SCHAEFFER, 2004). O dobramento é uma operação onde ocorre uma deformação por flexão. Quando um metal é dobrado, a sua superfície externa fica tracionada e a interna comprimida. Estas tensões aumentam a partir de uma linha interna neutra, chegando a valores máximos de tração nas camadas externa e de compressão na camada interna (MORO e AURAS, 2006). Uma vez cessado o esforço de dobramento, a parte da seção que ficou submetida a tensões inferiores ao limite de proporcionalidade, por ter permanecido na região elástica, tende a retornar à posição inicial anterior ao dobramento, que é chamado de retorno elástico (MORO e AURAS, 2006). O processo de dobramento poder ser efetuado de diversas maneiras, conforme ilustrado na figura 02.

4 Figura 02: Tipos de processos de dobramento Fonte: ALTAN et al., (1999). Na passagem do limite de escoamento de compressão para o limite de escoamento de tração ocorrem tensões correspondentes ao estado elástico do material. Nesta zona o material é deformado apenas elasticamente. Assim que as forças internas não mais atuam sobre a peça e as partes sob deformação elástica tendem a retornar a sua posição inicial. Por isso há retornos elásticos das peças dobradas (SCHAEFFER, 2004). Os materiais metálicos possuem, em função do seu estado de deformação, um comportamento elástico (onde a peça volta a ter o seu formato inicial) e posteriormente um comportamento plástico (onde a peça não volta a ter mais o seu formato inicial) ao longo do tempo onde esforços são aplicados ao mesmo (THIPPRAKMAS, 2010). 3 MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização do dobramento foram utilizadas tiras de aço DP 600 e DP 800 nas seguintes dimensões: 80 mm (comprimento), 20 mm (largura) e 1,00 mm (espessura), utilizaram-se cinco tiras para cada material.

5 Para determinação da Previsão de Retorno Elástico foi utilizado o Livro Conformação Mecânica Cálculos Aplicados em Processos de Fabricação, (SCHAEFFER, 1999): Para calcular o Fator de retorno elástico (K): Para calcular o Momento (Mb): Para calcular a relação entre ângulo desejado (α) e ângulo teórico (ά): Onde: K = fator de retorno elástico; Mb = momento; r1 = raio de dobramento = 10 mm; l = comprimento da tira = 80 mm; l1 = l2 = comprimento das abas dobradas teórico = 40 mm; b = largura = 20 mm; s = espessura = 1,00 mm; Fb = Força de dobramento (medida experimental); E = Módulo de Elasticidade convencional do aço = 210 GPa; α = ângulo desejado; ά = ângulo teórico. 4 RESULTADOS A determinação da força de dobramento foi obtida na prensa hidráulica Dan Press, instrumentada e com dados obtidos do sistema Spider, através da confecção de gráficos de força x deslocamento com dados informados nas

6 tabelas 1 e 2, onde foram calculadas as forças médias de dobramento para amostras de DP 600 e DP 800. Tabela 1 Medidas Experimentais da Fb para DP 600: Material DP 600 Força de Dobramento (Fb) (N) Tira 1 704,20 Tira 2 621,78 Tira 3 693,20 Tira 4 638,19 Força de Dobramento média = 665,69 N Tabela 2 Medidas Experimentais da Fb para DP 800: Material DP 800 Força de Dobramento (Fb) (N) Tira ,31 Tira ,33 Tira 3 979,29 Tira ,33 Força de Dobramento média = 1.078,31 N Conforme os cálculos (SCHAEFFER, 1999): Utilizando a eq. 1: Assim: ( )

7 ( ) Foram feitas uma média dos ângulos obtidos na prática experimental após o dobramento das tiras de aços DP 600 e DP 800, conforme as tabelas 3 e 4. Tabela 3 - Medidas dos Ângulos Experimentais para DP 600: Material DP Ângulo após retorno elástico ( ) Tira 1 97 Tira 2 98 Tira 3 99 Tira 4 98 Ângulo médio ( ) = 98 Tabela 4 - Medidas dos Ângulos Experimentais para DP 800: Material DP Ângulo após retorno elástico ( ) Tira Tira Tira Tira Ângulo médio ( ) = 107 Logo:

8 Diferença entre o valor do fator de retorno elástico teórico e valor experimental: Erro (%) = (Valor teórico Valor experimental) x CONCLUSÕES Observamos que as equações do livro Conformação Mecânica Cálculos Aplicados em Processos de Fabricação não se aplica para os aços DP (Dual Phase), pois possuem um erro na previsão do retorno elástico com relação aos valores medidos experimentalmente através do processo de dobramento dos aços DP 600 e DP 800, apresentando um maior erro na previsão do retorno elástico do aço DP 800. As fórmulas apresentam erros relativos de 8% para o aço DP 600 e de 15% para o aço DP 800, consideravelmente altos, uma vez que a complexidade de fatores e propriedades destes aços ainda não são amplamente conhecidas e incorporadas em fórmulas com maiores exatidões para este tipo de processo.

9 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GORNI, A. A. Aços avançados de alta resistência: microestrutura e propriedades mecânicas. Corte & Conformação de Metais, p , Dezembro de GORNI, A.A. Aços Avançados de Alta Resistência: Microestrutura e propriedades mecânicas, 5 Congresso de Corte & Conformação de Metais, São Paulo, p 2 20, HAUS, S.A; Influencia do efeito Bauschinger no retorno elástico em aços avançados de alta resistência. Dissertação de mestrado. Pós - graduação em Engenharia Mecânica UFPR, Curitiba/PR, MORO, N; AURAS, A.P; Conformação Mecânica II extrusão, trefilação e conformação de chapas; Apostila de Processos de Fabricação, Cefet SC; p 24 27, SCHAEFFER, L. Conformação de Chapas Metálicas. Imprensa Livre Editora, Porto Alegre, SCHAEFFER, L. Conformação Mecânica. Imprensa livre editora, Porto Alegre, THIPPRAKMAS, S. Finite element analysis on v-die bending process. Finite Element Analysis. InTech, Disponível em < >. Acessado em 27/08/2014.