Análise via simulação numérica de deformações por estiramento em chapa de alta estampabilidade submetidas a várias condições de atrito

Abstract

Resumo: O comportamento de uma chapa metálica em operações de conformação mecânica depende não apenas de parâmetros intrínsecos do material, que definem sua conformabilidade em um ensaio de medição de conformabilidade, mas também dos diversos parâmetros de processo, como lubrificação, geometria, temperatura, estado da superfície das ferramentas, pressões de regulagem do sistema. A influência de cada um destes parâmetros no resultado final do processo de conformação, quando considerada a interação entre os mesmos, é de difícil determinação por métodos práticos. Por outro lado, o conhecimento do comportamento de uma chapa quando submetida a uma operação de conformação mecânica é de extrema importância para planejadores de produto, processo e ferramental, para que se possa obter produtos com qualidade e um nível de refugo aceitável. A simulação numérica pode contribuir de maneira significativa para a previsão desse comportamento ainda na fase de planejamento de produto. Com o objetivo de avaliar a capacidade do software ANSYS em fornecer algumas das informações descritas anteriormente, sobretudo a influência da lubrificação, experimentos encontrados na literatura foram modelados e analisados numericamente. Três geometrias de punção foram analisadas, e dois formatos de corpo de prova, com o objetivo de obter condições de conformação desde o estiramento, passando pelo estado plano de deformações até o embutimento profundo. O modelo de lubrificação utilizado foi o modelo de Coulomb, e a influência do coeficiente de atrito foi estudada em uma faixa de 0 até 0,20. A influência da distância nodal na malha também foi estudada repetindo o mesmo experimento com diferentes distâncias nodais da malha, e comparando-se os resultados. Uma hipótese simplificativa, constituída do uso de uma condição de engaste na chapa ao invés de modelar o prensa chapas também foi testada. Os diferentes formatos de punção modificaram as intensidades das deformações verdadeiras avaliadas, produzindo diferentes estados de deformação. O estudo da condição de lubrificação mostrou que o formato da curva de deformação verdadeira maior modifica-se com o uso de um coeficiente nulo ou um coeficiente de atrito maior que 0,15 (o comportamento da curva no intervalo de 0 a 0,15 não foi avaliado). Os resultados da simulação mostraram-se sensíveis ao tamanho da malha empregada e à hipótese simplificativa testada.

Abstract: The behavior of a the sheet metal forming operation is related not only to the sheet metal properties, that defines its conformability in conformability tests, but also to different process parameters, like lubrication, geometry, temperature, surface quality of the tools, forming drawing pressure in the system. The influence of each one each one of these parameters in the final result of the forming process is of difficult determination by empirical methods, if considered the interaction between the different parameters. On the other hand, it is very important to the professionals responsible to process, product and tool design to know the behavior of the material in the process being planned, in order to obtain parts in accordance to the expected quality and scrap levels. The numeric simulation may contribute in a great manner to the prediction of the material behaviour yet during the product design phase. In order to verify the capability of the software ANSYS in to supply the above mentioned information, mainly the lubrication role in the forming process, experiments found in the literature were numeric modeled and analyzed. Three different punch geometries and two blanks geometries were tested, in order to obtain the stretch, plain strain and deep drawing states. The used lubrication model was the Coulomb model, and the lubrication coefficient was analyzed between 0 and 0,2. The hole of the nodal distance in the mesh was also analyzed by repeating the same experiment with different nodal distances, and comparing the results. One simplifying hypothesis analyzed was the use of restrictions to the nodes movement of the sheet instead of the use of draw beads. The different punch geometries modified the intensity of strain and produced different strain states. The analysis of the lubrication showed that the major strain diagram format changed with the use of a friction coefficient equal to zero or greater than 0,15 (the interval between 0 and 0,15 was not studied). The simulation results are sensible to the size of the mesh elements used and to the hypothesis used.