Análise e simulação do processo de dobragem de um tubo elíptico utilizando um aço avançado de elevada resistência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

A dissertação de mestrado apresentada é realizada no âmbito da dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica na Universidade do Minho e, tem como tema, a análise e simulação de um processo de dobragem, utilizando um aço avançado de elevada resistência. Os serrotes de arco são objetos normalmente utilizados em situações de corte de madeira ou metais e permitem, de uma maneira fácil e sem grande custo, realizar pequenas operações sem recorrer a ferramentas mais caras. Neste componente, um dos aspetos importantes, para além da qualidade da lâmina, é a estrutura tubular que garante uma boa tração da lâmina, garantindo assim, um bom corte. Uma maneira de melhorar o comportamento do serrote é introduzir, por exemplo, na estrutura tubular, um material com uma resistência superior. Ao longo dos últimos anos, os aços têm sofrido evoluções até aos aços avançados de elevada resistência (AHSS) que possuem uma tensão de cedência superior e uma resistência à tração igualmente superior, permitindo assim, obter componentes com um desempenho mecânico superior. Utilizando estes materiais na estrutura tubular é possível reduzir a espessura e, por conseguinte, o peso e custo sem perder as propriedades mecânicas. Para utilizar um novo material, neste caso, com as características dos AHSS, é necessário adaptar os processos de dobragem existentes, uma vez que as forças envolvidas são superiores. São então analisados os diferentes processos, tendo em vista determinar o mais indicado para o caso em estudo. No caso em estudo foi escolhida uma estrutura tubular, a partir da qual é realizada toda a análise computacional. Na análise da aplicação de um material diferente foi realizado um estudo comparativo entre três aços, sendo esses, um aço convencional, um aço avançado de elevada resistência e um aço inox. Para além disso, realizaram-se mais dois estudos, um da interferência do coeficiente de atrito no processo de dobragem e outro da influência e da possibilidade da redução da espessura da secção do tubo. É utilizado o software de desenho SolidWorks para o desenho de todos os componentes do processo de dobragem, sendo posteriormente utilizado, o software de simulação Ansys Workbench para realizar a simulação da dobragem e retirar os resultados pretendidos.

The presented master thesis is carried out under the master's in mechanical engineering at University of Minho and is subject to analysis and simulation of the bending process using an advanced high strength steel. Bow saws are usually used in wood or metal cutting applications and allow an easy way and without great cost, carrying out minor operations without resorting to more expensive tools. In this component one of the most important aspects, besides the quality of the saw is the tubular structure that ensures a good traction of the saw thus ensuring a good cut. One way to improve the behavior of the saw is introduced for example in the tubular structure a material with superior strength. The steels in recent years have been developing to advanced high strength steels with a higher yield strength and higher tensile strength allowing a high mechanical performance. Using these materials in the tubular structure can reduce the thickness and thus the weight and cost without losing mechanical properties. To use a new material and the characteristics of AHSS is necessary to adapt existing bending processes because the forces involved are greater. Are then analyzed the different processes in order to determine which are the most appropriate for the case study. In this particular case it has been chosen a tubular structure from which is performed the computational analysis. In the analysis of the application of a different material it was carried out a comparative study of three steels with a conventional steel, advanced high strength steel and stainless steel. Furthermore, there were two further studies, one with the interference of coefficient of friction in the bending process and other with the influence and possible reduction of thickness of the tube section. SolidWorks software is used to design all components of the bending process, subsequently used the simulation software ANSYS Workbench to perform the simulation of the bending and obtain the desired results.