INVESTIGAÇÃO E DESENVOLVIMENTO EM PROCESSOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

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Tiago Bayer Brezinski
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1 INVESTIGAÇÃO E DESENVOLVIMENTO EM PROCESSOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA J. M. C. Rodrigues (1) e P. A. F. Martins (2) Instituto Superior Técnico Departamento de Engenharia Mecânica (1) Prof. Associado de Tecnologia Mecânica (2) Prof. Catedrático de Tecnologia Mecânica

Grupode DeformaçãoPlástica Missão O grupo de deformação plástica resulta de uma

numérica e experimental de processos de fabrico que tem vindo a ser desenvolvida desde

O grupo tem por missão desenvolver uma actividade integrada de educação, investigação

2 Grupode DeformaçãoPlástica Missão O grupo de deformação plástica resulta de uma estratégia de desenvolvimento de competências próprias nos domínios da simulação numérica e experimental de processos de fabrico que tem vindo a ser desenvolvida desde o final dos anos 70. O grupo tem por missão desenvolver uma actividade integrada de educação, investigação e transferência de tecnologia no domínio dos processos de deformação plástica de materiais metálicos densos e sinterizados. I&D em Processos de Deformação Plástica 2

3 Grupode DeformaçãoPlástica Enquadramento histórico e áreas de actuação I&D em Processos de Deformação Plástica 3

4 Grupode DeformaçãoPlástica Enquadramento histórico e áreas de actuação I&D em Processos de Deformação Plástica 4

Simulação Numérica Elementos finitos Desenvolvimento de programas de elementos finitos termo-mecânicos destinados à simulação computacional de processos tecnológicos de deformação

Principais tópicos: Incorporação de efeitos termo-mecânicos Incorporação do efeito do atrito Selecção de elementos Gestão de memória e resolução de sistemas de equações Convergência

5 Simulação Numérica Elementos finitos Desenvolvimento de programas de elementos finitos termo-mecânicos destinados à simulação computacional de processos tecnológicos de deformação plástica e sua validação por intermédio de ensaios experimentais realizados em condições laboratoriais. Principais tópicos: Incorporação de efeitos termo-mecânicos Incorporação do efeito do atrito Selecção de elementos Gestão de memória e resolução de sistemas de equações Convergência do processo iterativo Algoritmos de contacto Regeneração de malha Amaciamento de malha Algoritmos de numeração nodal Interação 2D-3D Análise elástica de ferramentas Unidades de pré-processamento Unidades de pós-processamento I&D em Processos de Deformação Plástica 5

6 Simulação Numérica Elementos finitos apoiados em ensaios experimentais de validação Estudo teórico-experimental do forjamento de cruzetas. Institution of Mechanical Engineers A M Strickland Prize 2005 Best paper on a Manufacturing Industries Mechanical Engineering subject published by IMECH-E. I&D em Processos de Deformação Plástica 6

teórico-experimental do forjamento de cruzetas.

Experimental 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Displacement

7 Simulação Numérica Elementos finitos apoiados em ensaios experimentais de validação Estudo teórico-experimental do forjamento de cruzetas. A 250 A 200 I-Form3 Load (KN) Experimental Displacement (mm) A M Strickland Prize 2005 I&D em Processos de Deformação Plástica 7

Simulação Numérica Parcerias internacionais

8 Simulação Numérica Parcerias internacionais IST UFRGS (Brasil) Determinação dos limites de enformabilidade de componentes tubulares Inversão interna Expansão Redução Inversão externa 2006 January Meeting (Invited Paper) I&D em Processos de Deformação Plástica 8

tubulares 30 Theoretical instability (tangent-modulus)

0 5 10 15 20 25 Redução de extremidades, AA6060 Caso α =45º, r d

9 Simulação Numérica Parcerias internacionais IST UFRGS (Brasil) Determinação dos limites de enformabilidade de componentes tubulares 30 Theoretical instability (tangent-modulus) Experimental (MoS2) FEM 2D (MoS2) FEM 3D (MoS2) 20 Load (kn) Redução de extremidades, AA6060 Caso α =45º, r d /r 0 =0.5, t 0 /r 0 =0.05 Displacement (mm) I&D em Processos de Deformação Plástica 9

10 Simulação Numérica Parcerias internacionais IST UFRGS (Brasil) Determinação dos limites de enformabilidade de componentes tubulares Redução de extremidades, AA6060 Caso α =45º, r d /r 0 =0.5, t 0 /r 0 =0.05 I&D em Processos de Deformação Plástica 10

11 Simulação Numérica Parcerias internacionais IST UFRGS (Brasil) Determinação dos limites de enformabilidade de componentes tubulares Expansão Caso α =15º, r p /r 0 =1.67, t 0 /r 0 =0.111 Criteria Critical Damage ε f σ1 dε = C C = σ 0 I&D em Processos de Deformação Plástica 11

Simulação Numérica Parcerias internacionais IST NorthWestern University

simulação computacional de processos tecnológicos de deformação plástica e

condições laboratoriais. NE m= 1 Km um = Fm ( m = 1,2,..., NE) K m =.

12 Simulação Numérica Parcerias internacionais IST NorthWestern University (USA) Desenvolvimento de programas de métodos sem malha destinados à simulação computacional de processos tecnológicos de deformação plástica e sua validação por intermédio de ensaios experimentais realizados em condições laboratoriais. NE m= 1 Km um = Fm ( m = 1,2,..., NE) K m =... gp m NP K IJuJ = J =1 F I ( I = 1,2,...,NP ) K IJ =... c M IJ I&D em Processos de Deformação Plástica 12

13 Simulação Numérica Parcerias internacionais IST NorthWestern University (USA) Extrusão inversa axisimétrica de uma liga de Alumínio AlMgSi I&D em Processos de Deformação Plástica 13

14 Simulação Numérica Parcerias internacionais IST NorthWestern University (USA) Extrusão inversa axisimétrica de uma liga de Alumínio AlMgSi1 Utilização de células de integração triangulares adaptativas Frictional contact interface Tool Gauss point Reduced Gauss point 125 I i I v Domain of influence for smoothing the volumetric strain-rate 100 I-th background cell Frictional contact interface Tool Workpiece Load (KN) Gauss point Reduced Gauss point I v I i Domain of influence for smoothing the volumetric strain-rate 25 RKPM 3 RKPM 3 - adaptive FEM Experimental I-th background cell Workpiece Displacement (mm) I&D em Processos de Deformação Plástica 14

Transferência de Tecnologia Cunhagem de novos produtos numismáticos Processo de fabrico de moedas bimetálicas (bicolores) lamelares A Multi-Metallic Foil Technology for Minting Medals and Coins with

15 Transferência de Tecnologia Cunhagem de novos produtos numismáticos Processo de fabrico de moedas bimetálicas (bicolores) lamelares A Multi-Metallic Foil Technology for Minting Medals and Coins with Two or Three Colors - PCT/PT97/00002-WO 97/28973 European Patent Office. Most Technically Advanced Commemorative Coin, XX Mint Directors Conference, África do Sul, Aplicações Industriais: 150 anos do Banco de Portugal (1996) Padre António Vieira (1997). Ponte Vasco da Gama (1998). Presença Portuguesa em Macau (1999). Comemoração da Descoberta do Brasil (2000) anos do Banco de Portugal Amoedação: 5000, Toque: Ag 925º/oo, Au 916.6º/oo, I&D em Processos de Deformação Plástica 15

Transferência de Tecnologia Certificação de moeda corrente O Euro foi introduzido em 12 estados membros da União Europeia

A certificação da produção industrial das novas moedas bimetálicas de 1 e 2 que estavam a ser produzidas pelas Casas de

Europeu. Em Portugal esta tarefa foi realizada pelo Grupo de Deformação Plástica do IST durante os anos de 2001 e 2002.

16 Transferência de Tecnologia Certificação de moeda corrente O Euro foi introduzido em 12 estados membros da União Europeia no dia 1 de Janeiro de A certificação da produção industrial das novas moedas bimetálicas de 1 e 2 que estavam a ser produzidas pelas Casas de Moeda dos diferentes países Europeus foi efectuada com base num ensaio destrutivo que foi estabelecido pelo Banco Central Europeu. Em Portugal esta tarefa foi realizada pelo Grupo de Deformação Plástica do IST durante os anos de 2001 e Ø14.1 Separation Load (N) Ø23.4 Ø30 Ø40 Ø30 Ø21 2 punch coin positioning ring 1000 Ø Ø40 die Displacement (mm) I&D em Processos de Deformação Plástica 16

Transferência de Tecnologia Mecanismo de cravação

automóveis Determinação experimental das forças

de vedação por intermédio de uma ferramenta

condições laboratoriais o mecanismo de cravação

17 Transferência de Tecnologia Mecanismo de cravação de caixas em permutadores de calor para automóveis Determinação experimental das forças intervenientes na operação de compressão da junta de vedação por intermédio de uma ferramenta protótipo concebida de modo a reproduzir em condições laboratoriais o mecanismo de cravação existente na produção em série. I&D em Processos de Deformação Plástica 17

18 Transferência de Tecnologia Mecanismo de cravação de caixas em permutadores de calor para automóveis Mecanismo de cravação existente na produção industrial I&D em Processos de Deformação Plástica 18

19 Transferência de Tecnologia Mecanismo de cravação de caixas em permutadores de calor para automóveis Reprodução laboratorial do mecanismo de cravação industrial. Instrumentação com células de carga e películas de pressão. I&D em Processos de Deformação Plástica 19

elementos finitos com o objectivo de desenvolver uma nova geometria de cravação que

20 Transferência de Tecnologia Mecanismo de cravação de caixas em permutadores de calor para automóveis Simulação numérica da operação de cravação através da utilização do método dos elementos finitos com o objectivo de desenvolver uma nova geometria de cravação que resolva os problemas que surgem na operação actual. I&D em Processos de Deformação Plástica 20

Perspectivação Futura Tecnologia da Maquinagem Prof. Ruy Mesquita (1980 s e 90 s) (2004.

.. ) Grupo de deformação plástica Temas de Investigação: Ensaios de caracterização mecânica a

$finitos 3D para maquinagem Interacção entre a mecânica da fractura e o mecanismo de formação da$

21 Perspectivação Futura Tecnologia da Maquinagem Prof. Ruy Mesquita (1980 s e 90 s) ( ) Tecnologia da Deformação Plástica (1970 s... ) Grupo de deformação plástica Temas de Investigação: Ensaios de caracterização mecânica a alta velocidade de deformação (Barra de Hopkinson) Desenvolvimento de programas de elementos finitos 3D para maquinagem Interacção entre a mecânica da fractura e o mecanismo de formação da apara Maquinagem de polímeros Novos Processos Tecnológicos: SPIF Deformação plástica por intermédio de forças electromagnéticas I&D em Processos de Deformação Plástica 21

22 Agradecimentos Ao Professor M. J. M. Barata Marques pela orientação científico-pedagógica que os autores dele receberam durante o seu percurso enquanto alunos de doutoramento e docentes da Secção de Tecnologia Mecânica do Instituto Superior Técnico. Ao Professor Jubilado Costa André pelo trabalho pedagógico e didáctico que desenvolveu durante muitos anos na Secção de Tecnologia Mecânica do Instituto Superior Técnico. A todos os colegas e estudantes de graduação e pós-graduação que colaboram ou colaboraram com os autores ao longo das últimas duas décadas. Ao Instituto Superior Técnico e à Universidade Técnica de Lisboa pelas oportunidades que têm concedido aos autores e pela honra de terem podido participar nesta sessão comemorativa dos 75 anos da UTL. I&D em Processos de Deformação Plástica 22

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