Análise experimental e numérica de aço inoxidável ferrítico AISI 430 para estampagem de um componente não-axissimétrico

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é analisar o processo de estampagem de um componente não-axissimétrico, comparando os resultados obtidos experimentalmente com a simulação numérica das deformações principais, forças resultantes e variação de espessura. O material utilizado aço inoxidável ferrítico AISI 430, com espessura de 1mm. As propriedades mecânicas do material foram definidas por meio do ensaios de tração, anisotropia e de Nakazima modificado, foi feita a inserção no software de simulação numérica. No processo de estampagem das peças não-axissimétricas foram usadas 12 condições diferentes: variando-se duas forças de prensa-chapas, três condições de lubrificação e dois tamanhos de geratriz. Considerando os valores obtidos de força máxima de estampagem, foi possível identificar que a condição de lubrificação 1 foi a que apresentou menor coeficiente de atrito (quando comparadas com a condições de lubrificação 2 e 3), mesmo para a variação das 12 condições empregadas. Os resultados obtidos pela simulação numérica mostraram-se bastante semelhantes aos encontrados experimentalmente, sendo a direção de 45º em relação ao eixo central da peça, a crítica para a geometria do componente. Não foi encontrada variação expressiva para as 12 condições empregada neste estudo, em análise (três lubrificantes, duas forças de prensa chapas e dois tamanhos de geratrizes), tanto para os resultados de força máxima de estampagem, deformações principias máximas e variação de espessura. A variação de espessura da peça, obtidas pela simulação numérica se assemelha aos resultados obtidos experimentalmente, com valores entre 0.8 à 1,15mm. Os resultados de deformações principais e equivalentes na simulação numérica demonstrou uma possível zona crítica da peça na curva CLC (havendo pontos localizados acima da curva CLC), localizada na região de entrada da matriz, experimentalmente algumas peças apresentaram o início de trinca da peça.

The main objective of the present study is to analyze the stamping process of a nonaxisymmetric component, by comparing the results obtained in experiment with the numerical simulation of the maximum and minimum principal deformations, resultant forces and thickness variation. The AISI 430 ferritic stainless steel was the material used in the present study, with a thickness of 1mm. The results obtained through tensile tests, anisotropy and modified Nakazima tests were inserted into the numerical simulation software. In the stamping process of the non-axisymmetric parts, 12 different conditions were applied, including variations such as two blank press forces, three lubrication conditions and two generator sizes. Taking into account the results for maximum stamping force, it was possible to identify that condition 1 concerning lubrication presented the lowest coefficient of friction, even considering the variation of the 12 different employed conditions. The numerical simulation showed very similar results to those found experimentally, with the direction of 45º in relation to the axis proving critical for the geometry of the component. No expressive variation was identified for the conditions under analysis (three lubricants, two press plate forces and two sizes of generators), including results for maximum stamping force, maximum principal strains and thickness variation. The variation of thickness suffered by the material shown in the numerical simulation is similar to the results obtained experimentally, presenting values between 0.8 to 1.15mm. The results of principal and equivalent deformations in the numerical simulation demonstrated a possible critical zone of the part in the CLC curve (with points located above the CLC curve) located in the matrix entry region, and, during the experiment, some parts showed the beginning of cracking in the part.