Projeto de produção de tubo elíptico em aço avançado de elevada resistência para uma serra de arco

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Este projeto enquadra-se no âmbito da conclusão de estudos inserida no Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica da Universidade do Minho. O objetivo do trabalho consiste no desenvolvimento de um tubo de secção elíptica para uma serra de arco manual utilizando um aço avançado de elevada resistência. Esta problemática surge pelo facto de cada vez mais se utilizarem este tipo de aços em diversas aplicações. Tendo originalmente um grande aparecimento e evolução na indústria automóvel, tem vindo a ser aplicado em novas situações, pelas suas propriedades mecânicas mais favoráveis, podendo-se nomeadamente reduzir a massa de certos componentes, mantendo ou melhorando a sua resposta a solicitações mecânicas. Neste trabalho é feita, inicialmente, uma revisão bibliográfica abordando de forma curta as serras de arco manuais e a sua história. Apresentam-se os diferentes tipos de aços avançados de elevada resistência, assim como o seu comportamento e características. Procede-se a uma revisão sobre uma propriedade muito relevante destes aços, o retorno elástico, embora importante em muitos outros, neste caso torna-se determinante no sucesso da sua conformação, sendo necessário compreender quais os métodos possíveis de correção. Faz-se ainda alusão aos processos de fabrico de tubo com costura, ao seu funcionamento e gamas de aplicação. De seguida, define-se o problema que se pretende resolver, que consiste de forma sucinta em sujeitar um tubo de secção circular a conformação através de uma matriz elíptica, recorrendo a simulação computacional, para se perceber que tipo de dificuldades se esperam e a introdução de soluções viáveis. São definidos os componentes e o conjunto, o tipo de contacto existente, um pequeno estudo sobre o tipo de malha e as condições de análise. Esta análise é executada com o auxílio do programa ANSYS, utilizando o método dos elementos finitos. Procura-se entender a relevância das tensões envolvidas, da problemática do retorno elástico e da possibilidade de redução da espessura da parede do tubo para diferentes materiais. Efetua-se ainda outra simulação com condições mais aproximadas da realidade em que se consideram diferentes coeficientes de atrito nos contactos. Espera-se que, as conclusões que daqui resultam apontem na direção de soluções futuras para problemas que se enquadrem neste contexto.

This project is part of the completion of studies inserted in the Master’s in Mechanical Engineering from the University of Minho. The main goal is the development of an elliptical section tube for a bow saw using an advanced high strength steel. This problem arises because the use of this type of steel has been increasing for many applications. Originally it had a great appearing and development in the automotive industry, it has been applied in new circumstances, by their more advantageous mechanical properties, being able to notably reduce the mass of certain components while maintaining or improving their response to mechanical stress. This work begins, initially, with a literature review addressing, in a concise way, bow saws and its history. This paper presents the different types of advanced high strength steels, as well as their behavior and characteristics. Proceeds to a review of a very relevant property of these steels, the spring back effect, while important in many others, in this steel it becomes determinant in the success of its conformation, also being essential to understand what are the possible correction methods. It is further mentioned the manufacturing processes of welded tube, regarding their operation and its application range. Then, the problem to be solved is defined, which is succinctly to submit a circular section tube to conformation by an elliptical matrix, using computer simulation, to realize what kind of difficulties are expected and to introduce viable solutions. Components and the assembly are defined, as well as the existing contact types, a small study on the mesh is presented and the analytical conditions are set. This analysis is executed with the help of the ANSYS software, using the finite element method. Examining the relevance of the stress involved, the problem of spring back and the possibility of reducing the thickness of the tube wall for different materials. Executing yet another simulation with more approximate conditions of reality in which it is considered different coefficients of friction in contacts. It is expected that the conclusions that arise, point toward future solutions to problems that are suitable in this context.