Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

Guilherme Kumassaka Weisheimer

4° Ano Engenharia Mecânica

Iniciação Científica no Laboratório de Fenômenos de Superfície desde janeiro de 2004

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

SIMULAÇÃO DO FORJAMENTO A FRIO DE CRUZETA DE PEQUENO PORTE UTILIZANDO OS AÇOS

ABNT 1020 E 16MnCr5

G. K. Weisheimer, L. V. Ramos, A. Sinatora

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Forjamento da CruzetaForjamento da Cruzeta

Características:

• Blanque cilíndrico

L = 110mm, Ø = 30mm

• Dois punções

• Matriz em cruz, perpendicular ao blanque

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

• Devido à complexidade da geometria, o estudo deste processo torna-se muito complicado sem auxílio computacional

• Método dos Elementos Finitos utilizado para aproximar o comportamento da peça durante o forjamento

Forjamento da CruzetaForjamento da Cruzeta

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5MateriaisMateriais

• Propriedades Mecânicas

Material Tensão de escoamento (MPa)

Limite à tração (MPa)

ABNT 1020 (Ø 19-32mm)

275 475

16MnCr5 (Ø 30mm)

590 640-930

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5MateriaisMateriais

• Propriedades Mecânicas

• O aço ABNT 1020 possui tensão de escoamento menor, logo é mais fácil conformá-lo mecanicamente

Material Tensão de escoamento (MPa)

Limite à tração (MPa)

ABNT 1020 (Ø 19-32mm)

275 475

16MnCr5 (Ø 30mm)

590 640-930

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5MateriaisMateriais

• O aço ABNT 1020 não consta no banco de dados de materiais do software

• Foi utilizado o aço DIN 1.0402 (C22)

Material Tensão de escoamento (MPa)

Limite à tração (MPa)

C22 (Ø 17-40mm)

290 470-620

ABNT 1020 (Ø 19-32mm)

275 475

16MnCr5 (Ø 30mm)

590 640-930

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Modelo UtilizadoModelo Utilizado

Simulação via Método dos Elementos Finitos• Elementos Hexaédricos de 8 nós

• Comportamento elasto-plástico, análise termo-mecânica

• Modelos de 15000 e 25000 elementos

• Modelo de ¼ da cruzeta

Características do Processo• Velocidade dos punções: 15 mm/s

• Coeficiente de atrito μ = 0,3

• Temperatura ambiente: 25°C

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5ResultadosResultados

• Força de Atrito

• Força Normal

• Temperatura

• Deformação Plástica

• Deformação Elástica

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

10201020 16MnCr516MnCr5

Força de atrito (N)Força de atrito (N)

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Esforços na MatrizEsforços na Matriz

10201020 16MnCr516MnCr5

Força de atrito (N)Força de atrito (N)

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

10201020 16MnCr516MnCr5

Força de atrito (N)Força de atrito (N)

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Esforços na MatrizEsforços na Matriz

16MnCr516MnCr5

Força de Atrito (N)Força de Atrito (N)

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

10201020 16MnCr516MnCr5

Força de atrito (N)Força de atrito (N)

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

10201020 16MnCr516MnCr5

Força normal (N)Força normal (N)

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

10201020 16MnCr516MnCr5

Força normal (N)Força normal (N)

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

10201020 16MnCr516MnCr5

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Força normal (N)Força normal (N)

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

Força Normal (N)Força Normal (N)

16MnCr516MnCr5

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

10201020 16MnCr516MnCr5

Esforços na MatrizEsforços na Matriz

Força normal (N)Força normal (N)

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

Análises em 3 cortesAnálises em 3 cortes

Planos de CortePlanos de Corte

TransversalTransversal DiagonalDiagonal LongitudinalLongitudinal

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação PlásticaDeformação Plástica

16MnCr516MnCr5

10201020

25 %25 %

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

50 %50 %Deformação PlásticaDeformação Plástica

16MnCr516MnCr5

10201020

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

75 %75 %Deformação PlásticaDeformação Plástica

16MnCr516MnCr5

10201020

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

100 %100 %Deformação PlásticaDeformação Plástica

16MnCr516MnCr5

10201020

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

25 %25 %Temperatura (°C)Temperatura (°C)

16MnCr516MnCr5

10201020

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

50 %50 %Temperatura (°C)Temperatura (°C)

16MnCr516MnCr5

10201020

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

75 %75 %Temperatura (°C)Temperatura (°C)

16MnCr516MnCr5

10201020

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

100 %100 %Temperatura (°C)Temperatura (°C)

16MnCr516MnCr5

10201020

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

25 %25 %

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

50 %50 %

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

75 %75 %

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

100 %100 %

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5Deformação ElásticaDeformação Elástica

10201020 16MnCr516MnCr5

Estudo via MEF do forjamento de uma Estudo via MEF do forjamento de uma cruzeta com os aços ABNT 1020 e cruzeta com os aços ABNT 1020 e

16MnCr516MnCr5

• Força normal, força de atrito e temperaturas maiores para o aço 16MnCr5 : maiores esforços

• Deformações plásticas parecidas, maior para ABNT 1020

• Deformações elásticas maiores para o 16MnCr5

ConclusõesConclusões