Comparativo entre métodos para determinação da força e energia em processo de forjamento a quente da Liga de alumínio AA 7075

Abstract

Neste trabalho é realizado um estudo comparativo entre diferentes métodos de determinação de força e energia no processo de forjamento de um componente com a liga AA7075, observando a eficiência dos resultados quando comparados com resultados teórico/experimentais. Neste estudo são analisados resultados obtidos através do Método da Energia Uniforme, Método das Tiras (TEP), Método Simplificado (TEP) e Método de Elementos Finitos (FEM), através do software FORGE NxT 3.0. Para a realização deste trabalho, foi levado em consideração o processo de forjamento a quente, em matriz fechada da liga AA7075 na sua condição de fabricação (F), utilizada pela indústria bélica para a obtenção de componentes. Foram expostas as sequências de cálculos e as interações realizadas para a construção de modelos matemáticos. Com a conclusão dos experimentos foi possível verificar que, para valores de energia, o Método de Elementos Finitos é o que mais se aproxima dos resultados obtidos com o Método Teórico/Experimental, apresentando valores aproximadamente 17% menores. O segundo método que mais se aproximou dos valores de energia obtidos com o Método Teórico/Experimental foi o Método da Energia Uniforme, apresentando resultados aproximadamente 17% maiores. Os outros métodos, Método das Tiras e o Método Simplificado, apresentaram valores aproximados de 23% menores e 59% menores, respectivamente. Levando em consideração os resultados de força, o Método de Elementos Finitos é o que mais se aproximou dos valores obtidos com o Método Teórico/Experimental, apresentando resultados aproximadamente 27% menores. O segundo método que mais se aproximou dos valores de força obtidos com o Método Teórico/Experimental foi o Método da Energia Uniforme, apresentando resultados aproximadamente 55% menores. Os outros métodos, Método das Tiras e Método Simplificado, apresentaram valores de aproximadamente 75% menores e 62% menores, respectivamente. Desta forma, levando em consideração a geometria estudada, é possível afirmar que no processo de forjamento a quente em matriz fechada, o Método de Elementos Finitos pode ser empregado como ferramenta de simulação mais eficiente. Já os métodos baseados na Teoria Elementar da Plasticidade apresentam aproximações mais grosseiras dos resultados, podendo ser aplicados na etapa de pré-projeto.

In this work a comparative study is carried out between different methods of determination of force and energy in the forging process of a component with the AA7075 alloy, observing the efficiency of the results when compared with the theoretical / experimental results. This study analyzes the results obtained through the Uniform Energy Method, Strip Method (TEP), Simplified Method (TEP) and Finite Element Method (FEM), using the FORGE NxT 3.0 software. To carry out this work, the AA7075 alloy closed die forging process in its fabrication condition (F), used by the war industry to obtain components, was taken into consideration. The sequences of calculations and the interactions performed for the construction of mathematical models were exposed. With the conclusion of the experiments it was possible to verify that, for energy values, the Finite Element Method is the closest to the results obtained with the Theoretical / Experimental Method, presenting values approximately 17% smaller. The second method that most closely approximated the energy values obtained with the Theoretical / Experimental Method was the Uniform Energy Method, with approximately 17% higher results. The other methods, Strip Method and Simplified Method, presented approximate values of 23% smaller and 59% smaller, respectively. Considering the strength results, the Finite Element Method is the closest to the values obtained with the Theoretical / Experimental Method, with approximately 27% lower results. The second method that most closely approximated the force values obtained with the Theoretical / Experimental Method was the Uniform Energy Method, with approximately 55% lower results. The other methods, Strip Method and Simplified Method, presented values of approximately 75% smaller and 62% smaller, respectively. Thus, considering the studied geometry, it is possible to state that in the closed die hot forging process, the Finite Element Method can be used as the most efficient simulation tool. The methods based on the Elemental Theory of Plasticity, on the other hand, present coarser approximations of the results and can be applied in the pre-project stage.