Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
https://tecnologiammm.com.br/article/doi/10.4322/2176-1523.20242815
Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
Artigo Original

Comparação de modelos de atrito na simulação numérica do processo de forjamento isotérmico

Comparison of friction models in numerical simulation of isothermal forging process

Thomas Gomes dos Santos; Diego Rafael Alba; André Rosiak; Diego Pacheco Wermuth; Lirio Schaeffer

Downloads: 0
Views: 57

Resumo

A análise por elementos finitos é fundamental no projeto e otimização dos processos de conformação mecânica. Para obter resultados precisos, é essencial entender detalhadamente os parâmetros principais do processo. Este estudo examina a influência de diferentes modelos de atrito na simulação numérica do forjamento isotérmico de uma liga comercial de alumínio. Utilizando o software FORGE NxT 2.0, foram analisados os modelos de atrito Tresca, Coulomb-Tresca e Viscoplástico (Norton), comparando-se seus resultados com experimentos de forjamento de uma geometria axissimétrica. O objetivo é identificar o modelo de atrito mais adequado para simular o processo. A metodologia incluiu o levantamento das condições tribológicas realizado através de ensaios de compressão do anel para determinar os coeficientes de atrito, os quais foram incorporados na simulação do forjamento isotérmico. Posteriormente, foram realizados experimentos de forjamento a quente, e os resultados numéricos referentes à geometria final, energia consumida, força de conformação e temperatura foram comparados com os dados experimentais.

Palavras-chave

Análise em elementos finitos; Forjamento isotérmico; Modelos de atrito

Abstract

Finite element analysis is a fundamental tool in the design and optimization of mechanical forming processes. To obtain accurate results, it is essential to understand the key process parameters in detail. This study examines the influence of different friction models on the numerical simulation of isothermal forging of a commercial aluminum alloy. Using the FORGE NxT 2.0 software, the Tresca, Coulomb-Tresca and Viscoplastic (Norton) friction models were analyzed, comparing their results with forging experiments using an axisymmetric geometry. The objective is to identify the most appropriate friction model to simulate the process. The methodology included a survey of tribological conditions carried out through ring compression tests to determine the friction coefficients, which were incorporated into the isothermal forging simulation. Subsequently, hot forging experiments were carried out, and the numerical results regarding the final geometry, energy consumed, forming force and temperature were compared with the experimental data.

Keywords

Finite element analysis; Isothermal forging technology; Friction models

Referências

1 Santos LH, Schaeffer L, Cézar JL. Fabricação de pás de turbinas Pelton por processo de forjamento a frio. In: 20ª Conferencia Internacional de Forjamento – 36 SENAFOR, 2016, Porto Alegre. Porto Alegre, 2016.

2 Alba DR, Santos TG, Schaeffer L. Otimização em elementos finitos para definição do fator de atrito através de ensaios de compressão de anéis. In Proceedings of the 22nd International Forging Conference – Brazil. 38 SENAFOR. Porto Alegre; 2018.

3 Schey JA. Metal deformation processes: friction and lubrication. New York: Marcel Dekker, Inc.; 1979.

4 Orowan E. The calculation of roll pressure in hot and cold flat rolling. Proceedings - Institution of Mechanical Engineers. 1943;150(1):140-167. http://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1943_150_025_02.

5 Behrens BA, Bouguecha A, Hadifi T, Mielke J, Kazhai M. Personal communication. November 2012

6 Behrens BA, Bouguecha A, Lüken I, Mielke J, Bistron M. Tribology in hot forging. In: Hashmi S, Batalha GF, van Tyne CJ, Yilbas B, editors. Comprehensive materials processing. Vol. 5. USA: Springer; 2014. p. 211-234. http://doi. org/10.1016/B978-0-08-096532-1.00538-0.

7 Altan T, Vazquez V. Numerical process simulation for tool and process design in bulk metal forming. CIRP Annals. 1996;45(2):599-615.

8 Brito AMG. Análise teórico-experimental dos processos de expansão, redução e inversão de extremidades de tubos de parede fina em matriz [tese]. Porto Alegre: Programa de Pós-graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul; 2006.

9 Alves ML. Modelação numérica e análise experimental de operações de forjamento [tese]. Portugal: Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa; 2004.

10 Doege E, Bederna C. Analysis of boundary stresses and temperatures in hot massive forming. Production Engineering. 1996;3(2):89-92.

11 Bay N, Wanheim T. Real area of contact and friction stress at high pressure sliding contact. Wear. 1976;38(2):201- 209. http://doi.org/10.1016/0043-1648(76)90069-7.

12 Neumaier T. Zur Optimierung der Verfahrensauswahl von Kalt-, Halbwarm- und Warmmassivumformverfahren [dissertation]. Hannover: Universität Hannover; 2003

13 Behrens BA, Bouguecha A, Hadifi T, Mielke J. Advanced friction modeling for bulk metal forming processes. Production Engineering. 2011;5:621-627. http://doi.org/10.1007/s11740-011-0344-8


Submetido em:
30/10/2022

Aceito em:
22/08/2024

673b5204a95395637b034264 tmm Articles
Links & Downloads

Tecnol. Metal. Mater. Min.

Share this page
Page Sections