Por Partchapol Sartkulvanich, Angel Gonzalez-Zuniga e Taylan Altan*

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de julho de 2011.

 

 

O dobramento é uma das operações mais comuns empregadas na conformação de chapas. Em comparação com outros processos desse tipo, ele possui um modo de deformação distinto e pode dar origem a formatos como flanges e dobradiças. A deformação plástica nessas operações é confinada, principalmente, entre a área de dobramento e ao longo de uma estreita linha de contato, enquanto as outras porções da chapa sofrem deformação quase nula.

 

 

Fig. 1 – No dobramento rotativo, o balancim prende a peça sob processamento na posição correta e dobra em excesso a chapa para compensar o efeito-mola (figura cedida pela Anchor Danly).

 

 

Na área de dobramento, a tensão máxima de tração ocorre na camada externa, enquanto a máxima tensão compressiva ocorre na camada interna da chapa dobrada. O dobramento rotativo pode permitir a obtenção de dimensões precisas e o controle do efeito-mola (springback). O processo usa um balancim que simultaneamente prende e dobra a chapa metálica, por meio de sua movimentação rotacional (figura 1). O balancim prende a peça em processamento na posição correta e então dobra em excesso a chapa para compensar o efeito-mola.

 

O dobramento rotativo pode alcançar valores de ângulo de dobramento superiores a 90° e reduzir significativamente as forças requeridas no punção e no prensa-chapas⁽¹⁾. Os projetos atuais de ferramental permitem o uso de chapas com espessura de até 7 mm e ângulos de dobramento em excesso de até 120°⁽²⁾.

 

 

 

Efeito-mola

Um dos problemas mais críticos na prática do dobramento é a previsão do grau de intensidade do efeito-mola e sua compensação, para que se consiga atender às tolerâncias dimensionais da peça. O efeito-mola é resultado das tensões elásticas residuais que permanecem na chapa após a deformação. Ele geralmente aumenta com a elevação da resistência mecânica do material e da razão entre o raio de dobramento e a espessura da chapa (R/t).

 

Fig. 2 – O campo de tensão efetiva relativo ao dobramento rotativo é mostrado aqui no estágio de dobramento em excesso.

 

 

À medida que o limite de escoamento do material aumenta, as tensões elásticas também aumentam de forma proporcional. O aço doce possui limite de escoamento entre 175 e 240 MPa, enquanto nos aços avançados de alta resistência mecânica (AHSS, advanced high strength steels) essa propriedade se encontra na faixa entre 415 e 1.170 MPa. Logo, o efeito-mola é maior quando se dobra um aço AHSS e pode ser ainda mais intenso quando o dobramento é incorporado em operações progressivas de conformação⁽³⁾.

 

De acordo com a prática de dobramento rotativo, a compensação do efeito-mola para um dobramento de 90° é igual a cerca de 3° para aços doces e 10° para aços AHSS. O efeito-mola pode ser reduzido com o uso de menores raios de dobramento e chapas mais espessas. Contudo, esse ajuste é limitado pela ocorrência de fraturas por dobramento, que também são críticas no caso dos aços AHSS.

 

 

 

Conformação virtual

Diversos estudos mostram que o aço doce pode ser dobrado sem a ocorrência de fratura com o uso de pequenos raios de dobramento, mas o mesmo não é válido para os aços AHSS. Portanto, a janela de operação para o dobramento dos aços AHSS é muito restrita. A conformação virtual pelo método de elementos finitos pode ajudar a delimitar essa restrita janela de operação por meio de testes com diferentes parâmetros de processos efetuados no computador, em lugar do método de tentativa e erro.

 

Um desenvolvimento colaborativo do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF) e da empresa Anchor Danly incluiu experimentos e simulações pelo método de elementos finitos do dobramento rotativo do aço bifásico DP 1000, um típico aço AHSS, para entender os efeitos da folga vertical entre a sela e a bigorna sobre o efeito-mola (figuras 2 e 3).

 

Fig. 3 – As intensidades de efeito-mola determinadas a partir de simulações usando o método de elementos finitos, adotando-se valores de módulo de elasticidade E de 150 e 210 GPa, são comparadas com os valores desse parâmetro obtidos a partir de ensaios executados na empresa Anchor Danly, onde se dobrou aço bifásico DP 1000 sob diferentes valores de folga vertical.

 

 

Na simulação o balancim possui movimento translacional e rotacional. Assume-se que a velocidade na movimentação translacional é constante e idêntica à da sela. A velocidade angular é modelada como função do ângulo de deslocamento, o qual corresponde ao curso da sela. A figura 2 mostra a distribuição efetiva de deformação no estágio de dobramento em excesso durante a simulação pelo método de elementos finitos. Conforme já era esperado, deformações altamente localizadas foram observadas na área de dobramento.

 

 

Módulo elástico

Vários estudos constataram que o módulo de elasticidade do aço AHSS durante o descarregamento diminuiu significativamente com o aumento de deformação, ou de pré-deformação^{(5, 6)}. O valor deste módulo pode diminuir de 210 para 150 GPa quando se aplica 5% de pré-deformação nos ensaios de tração⁽⁷⁾.

 

Os dois valores de módulo de elasticidade – 170 GPa e 210 GPa – foram usados nas simulações pelo método de elementos finitos. Os resultados da figura 2 mostram que, para uma folga vertical menor, assumindo-se o módulo de elasticidade igual a 150 GPa, a simulação prevê um valor de efeito-mola mais próximo ao do experimento do que quando foi usado módulo de elasticidade de 210 GPa.

 

Uma folga menor indica maior ângulo de dobramento em excesso e maior pré-deformação quando o módulo de elasticidade é menor. Portanto, a redução do módulo de elasticidade ao longo da pré-deformação é crítica e precisa ser considerada no modelamento do dobramento de aços AHSS.

 

 

Agradecimentos

Os autores agradecem pela assistência e pelas informações fornecidas por Ray Osborne, da Anchor Danly, durante as atividades deste estudo.

 

 

Referências

1) Keller, S.; Ulintz, P.: Forming HigherStrength Steels. MetalForming; abr. 2009; p. 18-25.

2) Accu-Bend Catalog 2008. Anchor Danly. Disponível em: www. anchordanly.com.

3) Keller, S.; Ulintz, P.

4) Anchor Danly.

5) Zhu, H.; Huang, L.; Wong, C.: Unloading Modulus on Springback in Steel. SAE Technical Paper 2004-01-1050; 2004.

6) Levy, B. S. et.al.: The Effective Unloading Modulus for Automotive Sheet Steels. SAE Technical Paper Series 2006-01- 0146; 2006.

7) Zhu, H.; Huang, L.; Wong, C.

 

 

 

*Este estudo foi preparado por Partchapol Sartkulvanich, Angel Gonzalez-Zuniga e Taylan Altan (www.ercnsm.org), pesquisadores do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF) da Universidade Estadual de Ohio (The Ohio State University), em Columbus, Estados Unidos (www.cpforming.org). Este artigo foi publicado originalmente no periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de julho de 2011 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada. 

Tecnologia em conformação

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