Matheus Henrique Riffel

Determining the True Strain in the air bending process is of fundamental importance for predicting possible failures in the bent region of the formed part. Among steels classified as conventional, SAE1010 is used in the manufacture of parts for a wide variety of market segments. This study aims to evaluate mathematical equations for calculating the True Strain in the outer fibers of the bending region that occur in the air bending process for this steel and compare them with the results of scientific work obtained for AHSS S900MC steel, through analytical calculation methods and computer simulation, comparing them with results obtained through experimental analyses. Four punches were used, varying for each one the distance between the die supports and the punch displacement. It was verified through experimental analysis that the measured values of True Strain are different in the outer fibers of the bending region. However, it was found that the values obtained through analytical calculation methods for conventional SAE1010 steel are the same as those verified for AHSS S900MC steel, despite the materials having peculiar mechanical properties. The predictability, through the analytical method, in relation to the experimental values of the True Strain for conventional SAE1010 steel ranged from -25.7% to 8.3%.

HSLA S700MC and AHSS S900MC steels have been increasingly used to substitute conventional steels, and further understanding of mechanical behaviors is needed. This study aims to evaluate mathematical equations for calculating the True Strain in the outer fibers of the bending zone, Springback and Bending Force that occur in the Air Bending process for these two steels, using the analytic methods of calculation and computer simulation, comparing them to the results obtained by means of experimental analysis. Four punches were used, varying the distance between the die supports and the displacement of the punch for each one of them. Experimental analysis revealed different True Strain values in the outer fibers of the bending zone. However, despite the materials having distinct mechanical properties, the values obtained through analytical calculation methods were found to be the same for both steels. While the predictability of the Springback Factor through the analytical method varied from 0.5% to 6.5% and for Bending Force the variation was from 10.0% to 38.3%.

O aço SAE1010 é um aço classificado como convencional de baixo teor de carbono, baixa resistência mecânica e se verifica que, quanto ao comportamento mecânico, há uma necessidade de se compreender melhor o desempenho deste aço para ampliar a sua utilização na indústria. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo, analisar o fenômeno do retorno elástico deste aço no processo de dobramento em V livre, através dos métodos analítico de cálculos e da simulação computacional, comparando com resultados obtidos por meio de análise experimental. Para tanto, adotou-se como referencial teórico na determinação do Fator de Retorno Elástico, metodologias baseadas em literaturas que abordam os cálculos analíticos deste parâmetro e em normas para realização do experimento de dobramento, bem como utilizou-se software que efetua simulação computacional através do Método de Análise por Elementos Finitos. Trabalhou-se com 3 grupos distintos de corpos de prova, variando-se a distância entre apoios da matriz, deslocamento e raio do punção. Conforme variou-se estes 3 parâmetros do processo, verificou-se que para este aço, a previsibilidade do Fator de Retorno Elástico é viável através do método analítico de cálculos e da simulação computacional, variando de 0,3% a 3,3% e -0,1% a 3,1% respectivamente em relação aos resultados experimentais.

Objectives: The article reviews heat transfer mechanisms in the hot stamping process, highlighting models to calculate the interfacial heat transfer coefficient (IHTC), crucial for optimizing the cooling and quality of formed products. Theoretical Framework: In hot stamping of high-strength steels, the IHTC is affected by variables such as contact pressure, roughness and temperature. Cooling efficiency directly impacts the temperature distribution and martensitic microstructure of the material, essential for structural strength. Method: The review compares IHTC calculation methods, such as inverse heat conduction analysis and Newton's law of cooling, detailing the convection, radiation and conduction mechanisms at each stage of the process: transfer, positioning and forming. Results and Discussion: The inverse heat conduction analysis proved to be the most accurate for determining the IHTC, compared to the finite element method (FEM). The study suggests that efficient cooling channels and high conductivity materials in the matrix reduce cooling time and improve the quality of the final product. Research Implications: Findings provide a basis for improving thermal management in hot stamping, reducing cycle time and increasing productivity. Originality/Value: This work contributes a comprehensive reference on IHTC, assisting researchers and engineers in optimizing heat transfer and production efficiency in the manufacture of automotive components.

The high competitiveness of the industrial sector and the short time for developing new products drives the use of process analysis tools that enable speeding up the design phase. In sheet metal stamping projects, numerical simulation has become indispensable. As a replacement for traditional trial-and-error methods, the finite element method (FEM) enables the optimization of process-related variables. Consequently, it is possible to mitigate some of its main problems, such as the emergence of fracture, wrinkling, and springback. A second alternative for analyzing the process, even faster and cheaper, is based on the use of analytical calculations. These can predict, among other parameters, the forces involved in stamping. This study aims to evaluate the degree of accuracy of equations predicted in the literature to estimate the maximum stamping force of non-axisymmetric parts. For this purpose, analytical results of the stamping force of 1 mm thick austenitic stainless steel AISI 304 sheets were compared to results obtained via numerical simulation.

In the metalworking industry in general, the need to join components made of sheet metal is very common. The automotive sector, for example, needs to join components made of sheet metal to assemble vehicle bodies. The aeronautical sector needs to join sheets, mainly aluminum, when assembling aircraft. In white goods, there is a need to join low-carbon steel sheets that make up a wide range of household appliances, as well as other sectors such as metal structures, packaging and others. The joining of sheet metal components can be done through some permanent joining process, such as welding and riveting; or by some type of detachable connection, made by screw, nut, stud, pin, among others. A joining technique that has been gaining ground in the industry is plastic deformation joining. Groche et al. (2014) reviewed this technique and present the various existing variations. The most common is known as clinching union. According to Varis (2006), it emerged in the 1980s in an automotive industry in the assembly of chassis. The technique consists of cold joining sheets through the action of a punch that plastically deforms the sheets against a die. The deformation produces an interlook region that joins the sheets, giving the appearance of a spot weld. Sarmento and Pereira (2012) cite the main advantages of this technique: (I) it allows joining a vast amount of materials including metals with non-metals; (II) lower distortions, embrittlement and residual stress; (III) high process repeatability and simple quality control, and (IV) safe working environment.

Os aços bifásicos, ou Dual Phase, surgiram em virtude de uma crescente demanda da indústria automobilística em produzir veículos mais seguros, econômicos e, por conseguinte, menos poluentes, exigindo, em contrapartida, um melhoria na conformabilidade. Para galgar tais finalidades, os aços Dual Phase consolidam características antagônicas, motivadas em função da resistência mecânica elevada, proveniente da fase martensítica, aliada à ductilidade, oriunda da matriz ferrítica. Quando submetidos a processos de conformação mecânica, mais especificamente, no processo de dobra, os aços bifásicos desenvolvem deformações nas regiões trativas e compressivas do raio de dobra, o que, em virtude das suas intensidades, promovem alterações às fases martensíticas e ferríticas, constantes da microestrutura desses materiais. Nesse aspecto, este trabalho tem como objetivo analisar a influência dos parâmetros de dobra, mais precisamente, o efeito do deslocamento do punção e da força de dobra na propagação das alterações microestruturais nas tiras de aço de alta resistência. Foram realizados, assim, quatro tipos de ensaios de dobramento em matriz “V”, os quais se diferenciavam entre si em função dos deslocamentos realizados pelo punção, empregando, assim, tiras metálicas provenientes dos aços DP600 e DP780. Dessa forma, foram analisados o desenvolvimento da força de dobra e as alterações às fases martensíticas e ferríticas desses aços quando da execução dos quatro processos de dobramento, com vistas a comparar aos resultados previstos na literatura e, se atendida certa previsão nos resultados, validá-los para os processos executados, bem como para os materiais empregados. Para esses dois aços, notou-se que, a partir de 10 e até 20 mm de deslocamento, a força aplicada pelo punção tinha uma tendência a se reduzir. No entanto, assim que assumida a posição de 23 mm, a força acrescia-se abruptamente, motivada em função do contato com o fundo da abertura da matriz. No tocante às análises metalográficas realizadas, observou-se, assim como previa a literatura, a existência das duas fases constantes da microestrutura desses aços: a martensita e a ferrita. Desse modo, percebeu-se que, para aços de maior resistência, maior é a concentração da fase martensítica. Além disso, observou-se que, na região trativa do raio de dobra, os grãos de martensita e de ferrita foram alongados, ao passo que, na região comprimida, os grãos dessas fases assumiram o formato de glóbulos. Entretanto, essas alterações foram acentuadas na zona de tração, sobretudo com o maior deslocamento assumido pelo punção e, concomitantemente, ao maior carregamento aplicado.

Os aços bifásicos, ou Dual Phase, surgiram em virtude de uma crescente demanda da indústria automobilística em produzir veículos mais seguros, econômicos e, por conseguinte, menos poluentes, exigindo, em contrapartida, um melhoria na conformabilidade. Para galgar tais finalidades, os aços Dual Phase consolidam características antagônicas, motivadas em função da resistência mecânica elevada, proveniente da fase martensítica, aliada à ductilidade, oriunda da matriz ferrítica. Quando submetidos a processos de conformação mecânica, mais especificamente, no processo de dobra, os aços bifásicos desenvolvem deformações nas regiões trativas e compressivas do raio de dobra, o que, em virtude das suas intensidades, promovem alterações às fases martensíticas e ferríticas, constantes da microestrutura desses materiais. Nesse aspecto, este trabalho tem como objetivo analisar a influência dos parâmetros de dobra, mais precisamente, o efeito do deslocamento do punção e da força de dobra na propagação das alterações microestruturais nas tiras de aço de alta resistência. Foram realizados, assim, quatro tipos de ensaios de dobramento em matriz “V”, os quais se diferenciavam entre si em função dos deslocamentos realizados pelo punção, empregando, assim, tiras metálicas provenientes dos aços DP600 e DP780. Dessa forma, foram analisados o desenvolvimento da força de dobra e as alterações às fases martensíticas e ferríticas desses aços quando da execução dos quatro processos de dobramento, com vistas a comparar aos resultados previstos na literatura e, se atendida certa previsão nos resultados, validá-los para os processos executados, bem como para os materiais empregados. Para esses dois aços, notou-se que, a partir de 10 e até 20 mm de deslocamento, a força aplicada pelo punção tinha uma tendência a se reduzir. No entanto, assim que assumida a posição de 23 mm, a força acrescia-se abruptamente, motivada em função do contato com o fundo da abertura da matriz. No tocante às análises metalográficas realizadas, observou-se, assim como previa a literatura, a existência das duas fases constantes da microestrutura desses aços: a martensita e a ferrita. Desse modo, percebeu-se que, para aços de maior resistência, maior é a concentração da fase martensítica. Além disso, observou-se que, na região trativa do raio de dobra, os grãos de martensita e de ferrita foram alongados, ao passo que, na região comprimida, os grãos dessas fases assumiram o formato de glóbulos. Entretanto, essas alterações foram acentuadas na zona de tração, sobretudo com o maior deslocamento assumido pelo punção e, concomitantemente, ao maior carregamento aplicado.

Drawing is a manufacturing process that consists of indirect deformation by pulling the material through a tool with a conical geometry. The process is usually performed at room temperature (cold forming), so the selection of effective lubricants is critical. If lubrication is inadequate, there is a high risk that both, tool and the manufactured wire, will fail. In this study, annealed AISI 1020 steel rods were drawn and the effectiveness of three different industrial lubricants was tested. During the process, the drawing force values were recorded and used to determine the friction coefficient that developed under each lubrication condition. Numerical simulations were performed to further understand the process. Based on the experimental and numerical results, qualitative and quantitative analysis were performed for each condition. Among the different lubricants used in this study, zinc stearate showed the lowest value for drawing force, 18.8 kN, followed by Lub A and B with values of 20 kN and 20.6 kN, respectively. The numerical models showed excellent approximation to the force values determined in the tests. The values for the coefficient of friction obtained by both the numerical analysis and the empirical model indicate that zinc stearate has the highest lubricating effect among the lubricants focused on this study.

Os aços bifásicos, ou Dual Phase, surgiram em virtude de uma crescente demanda da indústria automobilística em produzir veículos mais seguros, econômicos e, por conseguinte, menos poluentes, exigindo, em contrapartida, um melhoria na conformabilidade. Para galgar tais finalidades, os aços Dual Phase consolidam características antagônicas, motivadas em função da resistência mecânica elevada, proveniente da fase martensítica, aliada à ductilidade, oriunda da matriz ferrítica. Quando submetidos a processos de conformação mecânica, mais especificamente, no processo de dobra, os aços bifásicos desenvolvem deformações nas regiões trativas e compressivas do raio de dobra, o que, em virtude das suas intensidades, promovem alterações às fases martensíticas e ferríticas, constantes da microestrutura desses materiais. Nesse aspecto, este trabalho tem como objetivo analisar a influência dos parâmetros de dobra, mais precisamente, o efeito do deslocamento do punção e da força de dobra na propagação das alterações microestruturais nas tiras de aço de alta resistência. Foram realizados, assim, quatro tipos de ensaios de dobramento em matriz “V”, os quais se diferenciavam entre si em função dos deslocamentos realizados pelo punção, empregando, assim, tiras metálicas provenientes dos aços DP600 e DP780. Dessa forma, foram analisados o desenvolvimento da força de dobra e as alterações às fases martensíticas e ferríticas desses aços quando da execução dos quatro processos de dobramento, com vistas a comparar aos resultados previstos na literatura e, se atendida certa previsão nos resultados, validá-los para os processos executados, bem como para os materiais empregados. Para esses dois aços, notou-se que, a partir de 10 e até 20 mm de deslocamento, a força aplicada pelo punção tinha uma tendência a se reduzir. No entanto, assim que assumida a posição de 23 mm, a força acrescia-se abruptamente, motivada em função do contato com o fundo da abertura da matriz. No tocante às análises metalográficas realizadas, observou-se, assim como previa a literatura, a existência das duas fases constantes da microestrutura desses aços: a martensita e a ferrita. Desse modo, percebeu-se que, para aços de maior resistência, maior é a concentração da fase martensítica. Além disso, observou-se que, na região trativa do raio de dobra, os grãos de martensita e de ferrita foram alongados, ao passo que, na região comprimida, os grãos dessas fases assumiram o formato de glóbulos. Entretanto, essas alterações foram acentuadas na zona de tração, sobretudo com o maior deslocamento assumido pelo punção e, concomitantemente, ao maior carregamento aplicado.