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Computational simulation, design, construction and performance analysis of an equal channel angular pressing die for the processing of flat billets

By Phillip Springer

Abstract

O presente trabalho descreve o projeto, construção e testes de uma matriz de Extrusão em Canal Angular (ECA) dedicada ao processamento de amostras em forma de chapa. O parâmetro construtivo fundamental de uma matriz deste tipo é a geometria dos canais, especialmente o ângulo de encontro dos mesmos e os raios de curvatura nesse ponto. O material de trabalho empregado é o Al comercial AA1050. A motivação deste projeto é prover o ferramental necessário para produção de amostras que serão utilizadas em estudos futuros dirigidos à alteração da textura do material acima nomeado, visando melhorar sua conformabilidade. De fato, há indicações que a laminação assimétrica e o processo ECA podem alterar texturas desfavoráveis. A presente investigação é composta por dois subprojetos sequenciais e complementares: (i) Análise numérica por elementos finitos (EF) da variação simultânea e independente dos raios de curvatura externo (R) e interno (r) no ponto de encontro dos canais, e validação experimental. Objetiva-se com isso maximizar a homogeneidade de deformação equivalente do material. Utilizando a liga Pb- 62%Sn como material de trabalho foram simuladas e testadas doze combinações R - r, mantendo constante em 120o o ângulo de encontro dos canais. Foi também examinado em detalhe o fenômeno do corner gap (descolamento do tarugo da parede externa do canal), e determinada sua influência na distribuição da deformação equivalente. (ii) Em base aos resultados obtidos no subprojeto (i), e outras considerações foi realizada uma matriz ECA para processamento de placas de AA1050 com R = 3 e r = 0. Por EF foi determinada a distribuição de deformação efetiva após um e quatro passes ECA cuja comprovação experimental foi realizada via mapeamento da microdureza Vickers no plano transversal da chapa. A simulação numérica foi satisfatoriamente validada e o bom funcionamento desse projeto de matriz foi comprovado na prática pela evolução da resistência mecânica e tamanho de grão.The present work describes the design, construction and testing of an equal channel angular pressing (ECAP) die characterized by rectangular cross section channels. The main parameter of the ECAP dies is the geometry of the channels, given by the angle trough which they meet, and the curvature radii at this point. The material employed in the experiments was an Al AA1050, 7 mm thick plate. The main motivation of the project is to produce the tooling necessary for the production of samples to be employed in future studies, directed to the crystallographic texture change of the above named material so as to improve its deep drawing behavior. Indeed, there are indications that both asymmetrical rolling and ECAP processing can minimize unfavorable textures. This present investigation is composed by two sequential and complementary subprojects: (i) Numerical analysis by finite elements (FEM) of the simultaneous and independent variation of the external (R) and internal (r) curvature radii at the channels intersection, plus experimental validation, a procedure that seeks to minimize the deformation heterogeneity of the billet. Using a Pb-62% alloy twelve R-r combinations were tested and simulated, keeping constant the angle at the channels intersection. Also, the phenomenon known as "corner gap" (a detachment of the billet from the outer channel wall) was analyzed and its influence on the billet equivalent deformation determined. (ii) From the results obtained on subproject (i), and additional considerations, an ECAP die for flat billet processing was designed and constructed HAVING R =3 AND r = 0. Using FEM simulation the equivalent strain distribution was mapped for plates subjected to one and four passes. Experimental validation of such maps was carried out employing Vickers microhardness measurements of the viii plate cross section. The evolution of the tensile properties and grain size confirmed the good performance of the ECAP die design

Topics: Engenharia de materiais, Simulação computacional, Extrusão em canal angular, Elementos finitos, ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA, ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Publisher: Universidade Federal de São Carlos
Year: 2012
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.BDTD_UFSCAR:oai:ufscar.br:4650
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