Simulação numérica do processo de estampagem a quente

Abstract

Atualmente, o processo de conformação de chapas metálicas assume uma grande importância na indústria automóvel. As ligas de alumínio têm sido cada vez mais utilizadas neste setor, uma que vez permitem a redução de massa dos componentes. Contudo, as ligas de alumínio são conhecidas por apresentarem uma formabilidade limitada e retorno elástico superior aos aços convencionais. Estas duas desvantagens são críticas para o processo de estampagem e têm limitado a sua aplicação. Neste contexto, o processo de estampagem a quente tem sido sugerido como alternativa para superar estas dificuldades, uma vez que o aumento da temperatura tem um impacto bastante positivo na formabilidade e no retorno elástico. O presente estudo tem como objetivo avaliar a influência da temperatura no processo de estampagem da liga de alumínio AA5086-H111. Após a seleção dos modelos constitutivos e respetiva identificação dos parâmetros, realizaram-se simulações, com o programa DD3IMP, do processo de estampagem de uma taça circular para as temperaturas de 20ºC, 150ºC e 240°C. Foram avaliados vários parâmetros, tais como a evolução da força do punção, a evolução da temperatura do esboço, o perfil das orelhas de estampagem, e a evolução da espessura ao longo de várias direções. Para além disso, foi avaliado o retorno elástico, com recurso ao corte de um anel na parede vertical da taça cilíndrica. Também foi realizada uma análise dos algoritmos de acoplamento disponíveis no DD3IMP, para resolver o problema termomecânico. O algoritmo de acoplamento de dupla previsão apresenta o melhor compromisso entre precisão de resultados e custo computacional. Em relação ao modelo constitutivo, o critério de plasticidade apresenta uma maior influência do que a lei de encruamento nos parâmetros analisados. Os resultados obtidos mostram que o aumento da temperatura no processo de estampagem permite reduzir a força aplicada pelo punção. Também o retorno elástico diminui com o aumento da temperatura.

Nowadays, sheet metal forming process has a major importance in the automotive industry. Aluminum alloys has been increasingly used in this sector, since they allow weight reduction of the components. However, aluminum alloys are known for their low formability and for presenting springback values higher than conventional steels. Those two disadvantages are critical for the deep drawing process and are limiting their fields of application. To overcome this difficulties, the warm-forming process has emerged as alternative to the conventional process, since the increase of temperature has a positive impact in the formability and in the springback. The present study aims to evaluate the influence of temperature in the warm-forming process of AA5086-H111 aluminum alloy. After the selection of the constitutive models and their parameters identification, numerical simulations were made, with the finite element solver DD3IMP, of the deep drawing of a cylindrical cup at temperatures of 20ºC, 150ºC and 240°C. Several parameters were evaluated such as the evolution of the punch force, the evolution of the blank temperature, the earing profile and the thickness profile along several directions. Moreover, springback was also evaluated, based on the trimming of a ring from the vertical wall of the cylindrical cup. An analysis of the coupling algorithms available in DD3IMP, to solve the thermomechanical problem, was also performed. The staggered algorithm with double prevision presents the best compromise between results accuracy and computational performance. Regarding the constitutive models, the yield criterion presents a higher influence than the hardening law in the analyzed parameters. The numerical results shown that the increase of temperature in the warm-forming process leads to a reduction of the punch force. Also the springback decreases with increasing temperature.