Modelagem Matemática de Laminação a frio de alumínio Efeito do coeficiente de atrito sobre os Estados de Tensões Aluno I.C.: Fabio Augusto Fabozzi – fabio.fabozzi@poli.usp.br Prof. Dr. Roberto Martins de Souza – roberto.souza@poli.usp.br Prof. Dr. Amilton Sinatora – sinatora@usp.br Laboratório de Fenômenos de Superfície - LFS Departamento de Engenharia Mecânica Escola Politécnica Universidade de São Paulo

Introdução Laminação

Introdução Falhas em Cilindros Diferente para LTF e LTQ; Diferente para Cilindros de Trabalho e Encosto; Falhas de especificação, fabricação ou operação Alguns mecanismos: Abrasão; Indentação; Oxidação; Adesão; Fadigas mecânica ou térmica; Combinação dos acima citados.

Introdução Coeficiente de Atrito na Laminação Mordida Linha neutra (arco de contato) Não uniforme Deformação superficial (prop. Chapa) Desgaste do cilindro Tipo e intensidade de lubrificação, superfície, temperatura, quantidade e tipos de óxidos

Introdução Elementos Finitos Dimensionamento de máquinas; Otimização de equipamentos; Controle de variáveis de projeto; Melhorias na qualidade do produto; Ambiente on-line com modificações rápidas e eficientes.

Objetivo Este trabalho visa contribuir para o entendimento do desgaste em cilindros de laminação e para a variação das características finais de chapas laminadas, estudando as modificações nos estados de tensões nestes componentes em função do coeficiente de atrito durante laminação a frio.

Materiais e Métodos Software Abaqus – Método Dinâmico Explícito; Utilizou-se elementos explícitos do tipo CPE4R; Validação do modelo 2D de acordo com 2 artigos: MALINOWSKI, Z.; LENARD, J. G.; "A Study of the state of stress during cold strip-rolling" – 1992 CHEONG, C. F. et. Al.”Simulação Numérica da laminação a frio de tiras de alumínio” - 2004 Modelos 2D de laminação a frio de alumínio; cilindro rígido; 21,77% de redução; fator de atrito 0,35 (μ=0,2021).

Materiais e Métodos As simulações foram realizadas em três baterias: Bateria 1 – Três simulações: Três coeficientes de atrito diferentes como única alteração no modelo dos artigos; Bateria 2 – Três simulações: Propriedades elásticas–plásticas de um aço no cilindro, com os mesmos coeficiente de atrito da Bateria 1; Bateria 3 – Duas simulações: Modelo em 3D da Bateria 1, com 2 coeficientes de atrito.

Materiais e Métodos Na tabela abaixo constam as propriedades utilizadas para o alumínio laminado e para o aço utilizado no cilindro.

Materiais e Métodos Na tabela abaixo constam as dimensões utilizadas nos modelos.

Materiais e Mátodos Desconsiderações do Modelo Temperatura Geração de Calor Não uniformidade do atrito na interface Quantidade e tipos de óxido

Materiais e Métodos Simulação de metade das dimensões dada a simetria, assim como nos dois artigos. Nos casos 2D, impôs-se Estado Plano de Deformações; Nos casos 3D, utilizou-se 3D Stress.

Resultados

Resultados Tensões máximas no arco de contato S11 – Tensões cisalhantes na direção de laminação S22 – Tensões normais à superfície da chapa

Resultados Bateria 1 (2D – Cilindro Rígido) Análise das tensões máximas na superfície da chapa sob o arco de contato.

Resultados Bateria 2 (2D – Cilindro de Aço) Análise das tensões máximas na superfície do cilindro no arco de contato.

Resultados Bateria 3 (3D – Cilindro Rígido) Análise das tensões máximas na superfície da chapa sob o arco de contato.

Resultados Bateria 1 X Bateria 3 µ=0,2021

Resultados Bateria 1 X Bateria 3 µ=1,0

Conclusões As tensões na chapa dadas pelo critério de Von Mises permanecem iguais com a variação do coeficiente de atrito. As tensões no cilindro dadas pelo critério de Von Mises aumentam com o aumento do coeficiente de atrito. O coeficiente de atrito age de modo a aumentar as tensões normais e de cisalhamento, tanto na chapa quanto no cilindro. O aumento das tensões normais e de cisalhamento em função do aumento do coeficiente de atrito mostrou-se não linear. O uso de coeficientes de atrito próximos de 1 podem provocar discrepâncias nos resultados dados pelas simulações 2D e 3D.

Tendências

Agradecimentos