COMUNICAÇÃO TÉCNICA Modelagem de danos para concepção de materiais de alto desempenho para moldes de fundição sob pressão

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Isaque Santarém Barros
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1 COMUNICAÇÃO TÉCNICA Modelagem de danos para concepção de materiais de alto desempenho para moldes de fundição sob pressão Pâmela Karina dos Santos Bomfim Mario Boccalini Jr. Alexandre Gonçalves Roberto Martins de Souza Luiz Gustavo Bianchi da Silva Lima Claudia Regina Serantoni Ana Paola Villalva Braga (Apresentadora da Palestra) Palestra apresentado no Congresso Internacional do Alumínio, 7., 2016, São Paulo. A série Comunicação Técnica compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 CEP São Paulo SP Brasil CEP Tel /4000 Fax

Modelagem de danos para concepção de materiais de alto desempenho para moldes de fundição sob pressão Autores: Pâmela Karina dos Santos Bonfim Mário Boccalini Júnior Alexandre Gonçalves

3 Modelagem de danos para concepção de materiais de alto desempenho para moldes de fundição sob pressão Autores: Pâmela Karina dos Santos Bonfim Mário Boccalini Júnior Alexandre Gonçalves Roberto Martins de Souza Luiz Gustavo del Bianchi da Silva Lima Cláudia Regina Serantoni Apresentação: Ana Paola Villalva Braga Empresa: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo IPT

4 Tópicos Síntese do projeto de pesquisa Célula de injeção sob pressão de Al Injetado (produto) Molde instrumentado Parâmetros do processo Resultados e discussão Conclusão

5 Síntese do projeto de pesquisa Sistema avançado para projeto de ligas aplicadas a ferramentas de conformação a quente Abril 2012 Dezembro 2016 Parceria CTMM/ LPM (IPT) LFS (EPUSP). Financiamento Funtec (BNDES) Gerdau Aços Especiais

6 Síntese do projeto de pesquisa MICROESTRUTURA (TIPO 1) Engineered microstructure MICROESTRUTURA (TIPO 2) DANO (NÍVEL 1) CONDIÇÕES DE USO SISTEMA DANO (NÍVEL 2) SELEÇÃO MICROESTRUTURA (TIPO 3) DANO (NÍVEL 3)

Síntese do projeto de pesquisa Entradas macroscópicas Materiais Geometria Temperatura Solicitações Térmica Contato Tensão residual MEF Macro

7 Síntese do projeto de pesquisa Entradas macroscópicas Materiais Geometria Temperatura Solicitações Térmica Contato Tensão residual MEF Macro Distribuição de tensões Experimentos laboratoriais e escala piloto Microestrutura Recobrimentos Entradas microscópicas MEF Micro Modelagem do dano Saída

8 Célula de injeção sob pressão de Al

9 Injetado (produto)

10 Molde (insertos)

11 Molde instrumentado Molde lado Fixo: posição das cascatas* OBS.: Termopares instalados apenas neste inserto. * Posição das cascatas com relação a figura

12 Molde instrumentado Molde lado Móvel: posição das cascatas* * Posição das cascatas com relação a figura OBS.: Termopares instalados apenas neste inserto.

13 Molde instrumentado Para obtenção dos perfis térmicos, termopares tipo K foram inseridos em regiões e profundidades distintas dos insertos, inclusive em sua superfície: Termopares com ponta usinável SAWI, bainha de aço inox Ø1 35 mm c/ pote, comp. total 500 mm: Medição de temperatura na superfície da figura Termopares de isolação mineral Ecil, aterrados, sem pote, bainha aço inox Ø1, mm: Medição nas subcamadas. Profundidades dos termopares: Termopar Material Inserto Profundidade (mm) K2 C99 0,75 K3 C99 1,25 K7 H13 0 (Superfície) K8 H13 0,94

14 Parâmetros de processo e simulação 1º Fase 2 Fase 3º Fase GEB Grau de enchimento da câmara Velocidade do pistão Velocidade do pistão Velocidade no canal de ataque Pressão específica Pressão de compactação 54% 0,3 m/s 2,09 m/s 30,1m/s 560 bar 169 bar Sequência da etapa de aplicação e a secagem de desmoldante Desmoldante a base de silicone 1º) Sopro = 1 s 2º) Desmoldante = 5 s 3º) Sopro = 1 s Temperatura do forno dosador 700 C Liga empregada AA 380 Pré-aquecimento do molde (Temperatura do óleo térmico) 160ºC Refrigeração totalmente ligada (pistão, parte fixa, parte móvel e placa fixa)

Parâmetros de processo e simulação Etapas Tempo (s) Fechamento do molde 5 Pronto para injeção 5 Injeção(enchimento) 1,8 Solidificação 12 Extração

15 Parâmetros de processo e simulação Etapas Tempo (s) Fechamento do molde 5 Pronto para injeção 5 Injeção(enchimento) 1,8 Solidificação 12 Extração do Fundido 10,5 Aplicação do sopro e desmoldante 9,6 *Pronto para injeção Tempo que a unidade dosadora (VDU) leva para preencher a câmara de injeção

16 Resultados de simulação Velocidades Temperaturas

17 Perfis térmicos de 82 injeções: Resultados de medição

18 Perfis da 30ª. a 38ª. Injeção (steady state): Resultados de medição

19 Perfil térmico da 32ª. injeção: Resultados de medição

20 Numérico Experimental: Medição versus Simulação

21 Conclusão O trabalho permitiu o monitoramento do gradiente térmico dos insertos, viabilizando o estudo de seus ciclos térmicos gerados durante os ciclos de injeção, como também do fenômeno de fadiga térmica, considerado o principal limitador da vida útil das ferramentas de conformação a quente. Na simulação numérica, algumas diferenças em relação aos experimentos foram observadas entre a simulação e o ensaio, particularmente na etapa de aplicação e secagem do desmoldante.

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