Estudo comparativo entre seis critérios de ruptura no processo de estampagem de aços avançados de alta resistência via simulação numérica

Abstract

Resumo: Durante o desenvolvimento de uma geometria de uma peça automobilística obtida pelo processo de estampagem, demanda-se tempo e dinheiro com o estudo e set up de novos ferramentais. Uma das dificuldades é saber se o material escolhido terá conformabilidade suficiente para atingir as dimensões requeridas pelo projeto, por isso torna-se interessante a descoberta de um método que consiga simular precisamente tal questionamento. Uma classe de materiais que vem ganhando destaque no processo de estampagem é os aços avançados de alta resistência (AHSS - "Advanced High Strenght Steels"). Os AHSS proporcionam excelente relação resistência/peso quando comparados aos aços convencionais de estampagem, o que é uma característica essencial com as constantes cobranças governamentais em relação à emissão de poluentes pelos automóveis. Os critérios de ruptura podem ser modelos matemáticos ou empíricos capazes de determinar para quais estados de tensão e deformação a fratura de um material terá seu inicio. Torna-se interessante achar um critério de ruptura que possa ser facilmente determinado e forneça uma boa capacidade de detecção da ruptura com precisão. Neste estudo, foram utilizados seis critérios de ruptura distintos. Cinco deles são classificados como do modo dano dúctil, os quais dependem da tensão triaxial e da deformação plástica para a fratura, e um deles depende somente das deformações nas direções principais, sendo chamado de curva limite de conformação (CLC). Utilizou-se de modelos computacionais via análise dos elementos finitos (FEA - "Finit Element Analysis") para levantamento dos resultados. A conformabilidade foi avaliada na capacidade de penetração do punção mensurada pelo deslocamento do mesmo até a ruptura do material durante os ensaios. Alguns critérios de ruptura conseguiram fornecer erros de aproximação na faixa de 0,7-5%, o que os torna interessantes para uma implementação prática. Palavras-chave: Estampagem. Critérios de Ruptura. Aços Avançados de Alta Resistência. Análise por Elementos Finitos.

Abstract: During the development of an automobile part geometry obtained by the stamping process, time and money are required with process study and set up of new tooling. One of the difficulties is to know if the chosen material will have sufficient conformability to reach the dimensions required by the project, so it becomes interesting to discover a method that can accurately simulate such questioning. One class of materials that has gained prominence in the stamping process is the advanced high strength steels (AHSS). The AHSS provides excellent strength / weight ratio when compared to conventional stamping steels, which is an essential feature due to government's constant requirement regarding automobiles emissions. The failure criteria can be mathematical or empirical models capable of determining for which states of stress and strain the fracture of a material will start. It is interesting to find a failure criterion that can be easily determined and provides a good ability to detect the rupture accurately. In this study it was used six different failure criteria, five of them are classified as ductile damage model, they depend on the stress triaxiality and plastic strain to fracture, and one depends only on the deformations in the principle directions and is called the forming limit diagram (FLD). It was used computational models through finite element analysis (FEA) to collect the results. The formability was evaluated in the penetration height of the punch measured by the displacement of it until the rupture of the material during the tests. Some failure criterions have been able to provide approximation errors in the range of 0.7-5% which makes them interesting for practical implementation. Keywords: Stamping. Failure Criteria. Advanced High Strenght Steels. Finit Element Analysis.