Ensino Superior 1.3 – Laminação a Frio de Alumínio Amintas Paiva Afonso Modelagem Matemática

Modelagem Matemática de Laminação a frio de alumínio Efeito do coeficiente de atrito sobre os Estados de Tensões Modelagem Matemática de Laminação a frio de alumínio Efeito do coeficiente de atrito sobre os Estados de Tensões Amintas Paiva Afonso

Introdução Laminação

Introdução Falhas em Cilindros 1. Diferente para LTF e LTQ; 2. Diferente para Cilindros de Trabalho e Encosto; 3. Falhas de especificação, fabricação ou operação 4. Alguns mecanismos: Abrasão; Indentação; Oxidação; Adesão; Fadigas mecânica ou térmica; Combinação dos acima citados.

Introdução Coeficiente de Atrito na Laminação 1. Mordida 2. Linha neutra (arco de contato) 3. Não uniforme 4. Deformação superficial (prop. Chapa) 5. Desgaste do cilindro 6. Tipo e intensidade de lubrificação, superfície, temperatura, quantidade e tipos de óxidos

Introdução Elementos Finitos 1. Dimensionamento de máquinas; 2. Otimização de equipamentos; 3. Controle de variáveis de projeto; 4. Melhorias na qualidade do produto; 5. 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: 1. MALINOWSKI, Z.; LENARD, J. G.; "A Study of the state of stress during cold strip-rolling" – CHEONG, C. F. et. Al.Simulação Numérica da laminação a frio de tiras de alumínio 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 Métodos Desconsiderações do Modelo 1. Temperatura 2. Geração de Calor 3. Não uniformidade do atrito na interface 4. 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

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