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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-13022020-114550
Document
Author
Full name
Alexandre Gonçalves
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Souza, Roberto Martins de (President)
Júnior, Mário Boccalini
Prados, Erika Fernanda
Title in Portuguese
Efeito das condições locais nos modos de desgaste em matrizes de forjamento a quente.
Keywords in Portuguese
Desgaste
Forjamento
Método dos elementos finitos
Topografia
Tribologia
Abstract in Portuguese
O entendimento do desgaste em ferramentas de conformação mecânica a quente permite a redução do custo de produtos conformados, uma vez que tal custo é significativamente afetado pelo das ferramentas e equipamentos utilizados, além de proporcionar um aumento de sua qualidade dimensional. Esses fatores mantêm o interesse sobre o estudo do desgaste, tema constante de pesquisa e desenvolvimento. No forjamento a quente, as ferramentas utilizadas (matrizes de forjamento) são submetidas a um carregamento termomecânico cíclico que compromete seu acabamento superficial e sua geometria ao longo do tempo, levando muitas vezes à falha prematura. No presente trabalho, condições industriais de operação foram reproduzidas em escala piloto numa célula de forjamento automatizada para estudo do comportamento de matrizes fabricadas em dois aços-ferramenta distintos. Matrizes instrumentadas permitiram a medição do perfil de temperatura durante o processo, enquanto matrizes sem instrumentação, submetidas a um maior número de ciclos com paradas regulares, permitiram acompanhar a evolução gradual do dano nas superfícies das ferramentas. Este acompanhamento foi realizado através de diversos ensaios para caracterização das superfícies, dentre os quais foram incluídas medições da topografia. Partindo dos parâmetros de processo e de dados experimentais, simulações numéricas com uso do método de elementos finitos (MEF) foram realizadas com o objetivo de extrair informações como pressões de contato (P), velocidades de deslizamento (V) e temperaturas (T) em pontos específicos da superfície da matriz, para construção de um mapa tipo P × V × T, sobre o qual foram identificados os diferentes modos de desgaste observados na caracterização. Este mapa tem como intuito servir de apoio ao projeto de novas ferramentas de trabalho a quente e de ligas mais resistentes ao desgaste.
Title in English
Effect of local conditions on the wear modes of hot forging dies.
Keywords in English
Finite element analysis
Hot forging
Topography
Wear map
Abstract in English
The understanding of the wear of hot forming tools allows the reduction of the cost of forged products, since this cost is significantly affected by those of the tools and equipment used, and increases their dimensional quality. These factors maintain the interest in the study of wear, a constant theme of research and development. In hot forging, the tools used (forging dies) are subjected to a cyclic thermomechanical loading that compromises their surface finish and geometry over time, often leading to premature failure. In the present work, industrial operational conditions were reproduced on pilot scale in an automated forging cell to study the behavior of dies manufactured in two different tool steels. Instrumented forging dies allowed the measurement of the temperature profile during the process, while non-instrumented ones, submitted to a larger number of cycles with regular stops, allowed the analysis of the gradual evolution of the damage on the surface of the tools. This monitoring took place through several tests to characterize the surfaces, including topography measurements. Numerical simulations using the finite element method (FEM) were conducted to extract information such as contact pressures (P), sliding velocities (V) and temperatures (T) at specific points on the die surface, to construct a three-dimensional map (e.g.: P × V × T) on which the different wear modes observed in the characterization were identified. This map is intended to support the design of new hot work tools and wear resistant alloys.
 
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Publishing Date
2020-02-13
 
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