Previsão de fadiga térmica de matrizes para injeção de alumínio sob pressão utilizando a Equação de Basquin e elementos finitos

Abstract

Resumo: As matrizes para injecao de aluminio desempenham um papel extremamente importante no processo de injecao sob pressao. Durante a fabricacao das matrizes ha uma grande preocupacao com a confiabilidade na engenharia aplicada ao projeto e principalmente no comportamento dos acos utilizados. A fabricacao em funcao do elevado custo e ao tempo necessario para a fabricacao do molde, evidencia o desafio constante de se maximizar o numero de ciclo de vida dessas ferramentas. A variacao do comportamento das propriedades mecanicas do aco em funcao da temperatura como a densidade, modulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, coeficiente de dilatacao termica, dureza, condutividade termica e limite de resistencia podem gerar tensoes de origem termica com amplitudes favoraveis ao inicio de uma trinca. Para essa pesquisa foi estudado a a influencia da fadiga termica no numero de ciclos de vida na superficie de uma matriz para injecao de aluminio sob pressao em um aco AISI H13, a fadiga termica e a maior responsavel perante a iniciacao das fissuras, estima-se que deve ser em aproximadamente 80% a origem das trincas de origem termica. Para os resultados foi necessario avaliar o comportamento do aco AISI H13 para diferentes gradientes de temperatura, variando em ƒ¢T=200 ‹C, ƒ¢T=225 ‹C e ƒ¢T=250 ‹C. Com os resultados obtidos atraves do metodo dos elementos finitos, foi possivel obter as diferentes tensoes de origem termica utilizando o software Abaqus CAE. Assim foi possivel determinar quantidade de numero de ciclos ate o inicio da trinca atraves da equacao de Basquin e elaborar propostas para coeficientes de correcoes na determinacao do numero de ciclos de vida da matriz de injecao de aluminio sob pressao para aplicacoes envolvendo a fadiga termica.

Abstract: The dies for aluminum injection play an extremely important role in the injection process under pressure. During the die manufacturing process is a major concern for reliability in engineering the die design and the steels behavior, i.e. related to the cost of high manufacturing time. In this way, is a constant challenge to maximize the life cycle of these tools. The behavior of the mechanical properties of the steel applied depends of the temperature and density, elastic modulus, Poisson's ratio, coefficient of thermal expansion, hardness, thermal conductivity and yield strength and, easily, can lead to thermal stresses amplitude favorable for a crack initiation. This research studied the thermal fatigue on the surface of an aluminum matrix for injection of AISI H13 during hot work. The thermal fatigue is the most responsible factor to the initiation of cracks, and it is estimated to be approximately 80% of broken dies related to the thermal stress origin. In this work, it was evaluate the behavior of hot work steel AISI H13 at different temperature gradients, ÄT=200°C, ÄT=225°C and ÄT=250°C, and with the results obtained through computer numerical analysis - finite element method - was possible obtain the stresses originated of thermal stress using Abaqus CAE software, so it was possible to determine the number of cycles until the beginning of the crack through the Basquin equation and develop proposals for corrections to the equation coefficient.