Simulação do processo de conformação por fluência e envelhecimento aplicado a chapas de alumínio curvas com e sem reforço longitudinal

Abstract

O processo de conformação de chapas de alumínio por fluência e envelhecimento, também conhecido como creep age forming - CAF tem sido utilizado na indústria aeroespacial para a fabricação de componentes de painéis com geometria complexa, principalmente painéis das asas de aeronaves. Através deste processo, é possível envelhecer e conformar o alumínio simultaneamente, melhorando as características mecânicas do material, especialmente do ponto de vista de fadiga, e reduzindo significativamente os custos de fabricação. O CAF baseia-se na complexa combinação de relaxação da tensão por fluência e endurecimento por envelhecimento. Uma das características deste processo é que os valores do retorno elástico costumam ser altos, e isso representa um grande desafio para a fabricação dos painéis. Portanto, faz-se necessário desenvolver métodos para se prever qual o valor total deste retorno elástico, para que se possa saber o formato da ferramenta que ao final do processo de fabricação forneça um produto com a geometria desejada. Neste trabalho busca-se desenvolver um modelo de elementos finitos para que se possa prever o retorno elástico e estudar o campo de tensões residuais na chapa. Foram criados dois modelos de elementos finitos - um com reforçador logitudinal e outro sem - para se investigar o efeito da geometria no valor do retorno elástico. Por fim, os resultados obtidos através da simulação numérica foram comparados com os resultados experimentais obtidos, e a validade deste método foi discutida criticamente. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios para a previsão do retorno elástico.

The Creep Age-Forming (CAF) process has been used in the aerospace industry to manufacture complex-shaped panel components, mainly aricraft wing skins. Thru this process, the forming and aging of alluminum alloys can be accomplished at the same time, improving material performance, specially the fatigue life, and significantly reducing manufacturing costs. The CAF process is based on the complex combination of stress relaxation, creep and age-hardening. This process is characterized by huge spring-backs, wich represent a challenge for manufacturing the components. Therefore, it is necessary to develop methods to predict the amount of springback, in order to develop a forming tool that will return partswith the desirable geometry at the end of the manufacturing process. The main objective of this work is to develop a finite element model that will predict the amount of springback and allow the study of residual stress on the plate. Two different models were analyzed - one with a stringer and another without it in order to evaluate the geometry effect in the amount of springback. At the end, the finite element analysis results are compared to experimental data, and the method evaluation is discussed. The obtained results showed to be good to predict the spring back