Análise da efetividade da simulação numérica por elementos finitos no processo de estampagem a quente do aço 22MNB5 em geometria complexa

Abstract

Este estudo focaliza a fabricação de peças de ultra-alta resistência por estampagem a quente, centrando-se no aço 22MnB5, relevante na indústria automotiva. O objetivo principal é analisar a estampagem a quente do aço 22MnB5, considerando parâmetros críticos, e empregar simulação numérica para esse fim. A caracterização inicial do aço compreende análises químicas, avaliação da microestrutura e medições de microdureza. O protótipo da peça, uma coluna B, foi modelado, e o processo de estampagem foi realizado com um blank aquecido a 1100°C. A simulação numérica, utilizando o software QFORM, foi essencial para prever a distribuição de deformação, destacando heterogeneidades que influenciam a microestrutura final. A análise da Curva Limite de Conformação (CLC) apontou uma propensão à fratura no rebaixo central da peça, corroborada pela observação da peça estampada. A simulação previu uma microestrutura predominante de bainita, ferrita e martensita. Esses resultados foram validados experimentalmente. A simulação numérica demonstrou ser eficaz na previsão da evolução microestrutural e na identificação de tendências de falhas. Assim, destaca-se seu potencial como ferramenta valiosa na otimização do processo de estampagem a quente de peças de alta complexidade, proporcionando insights fundamentais para aprimorar a qualidade e a eficiência do processo industrial.

This study focuses on the manufacturing of ultra-high-strength parts through hot stamping, with a focus on the 22MnB5 steel, relevant in the automotive industry. The main objective is to analyze the hot stamping of 22MnB5 steel, considering critical parameters, and employ numerical simulation for this purpose. The initial characterization of the steel includes chemical analysis, evaluation of the microstructure, and microhardness measurements. The prototype of the part, a B-pillar, was modeled, and the stamping process was carried out with a blank heated to 1100°C. Numerical simulation, using the QFORM software, was crucial to predict the deformation distribution, highlighting heterogeneities that influence the final microstructure. The analysis of the Forming Limit Curve (FLC) indicated a tendency for fracture in the central groove of the part, corroborated by the observation of the stamped part. The simulation predicted a predominant microstructure of bainite, ferrite, and martensite. These results were experimentally validated. Numerical simulation proved to be effective in predicting the microstructural evolution and identifying failure trends. Thus, its potential as a valuable tool in optimizing the hot stamping process for highly complex parts is emphasized, providing fundamental insights to enhance the quality and efficiency of the industrial process.