8º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação
18 a 22 de maio de 2015, Salvador, Bahia, Brasil
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AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS DE FORJAMENTO ATRAVÉS DO MÉTODO TAGUCHI COM FOCO
NA SOLICITAÇÃO TÉRMICA E MECÂNICA DAS MATRIZES
Danilo dos Reis Lima, [email protected]
Raoni Barreto de Oliveira, [email protected],2
Charles Chemale Yurgel, [email protected]
Rodrigo Santiago Coelho, [email protected]
1
2
SENAI CIMATEC, Instituto Senai de Inovação em Conformação e União de Materiais, Salvador-BA, Brasil
Fraunhofer-Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU, Chemnitz, Germany
Resumo: No processo de forjamento a quente, a vida útil das matrizes é um fator importante pela sua relação com o
custo de produção referente à perda de produtos e troca de ferramentas. Os processos de desgaste das matrizes estão
relacionados com os ciclos térmicos e mecânicos aos quais elas são submetidas. Este trabalho apresenta uma
metodologia para avaliar os efeitos do atrito, velocidade de prensagem e temperatura inicial da peça e propor uma
condição de trabalho melhorada do ponto de vista de solicitações mecânicas e térmicas na matriz. O Método de
Taguchi foi utilizado para projetar uma matriz ortogonal de experimentos que são conduzidos virtualmente pelo
Método dos Elementos Finitos (MEF). Os resultados obtidos foram avaliados pelo Método de Taguchi para cada
parâmetro e uma análise de variância (ANOVA) realizada para determinar a contribuição de cada um desses
parâmetros nos resultados. Adicionalmente, uma avaliação sobre a minimização da força máxima e temperatura
máxima alcançada na matriz por ciclo foi proposta. As análises mostraram-se eficiente no mapeamento das condições
ideais de trabalho para o estudo proposto e é um avanço entre os vários processos de conformação na direção de
optimização das solicitações térmicas e mecânicas dos processos.
Palavras-chave: Método dos Elementos Finitos, Forjamento a quente, método de Taguchi, vida de ferramenta
1. INTRODUÇÃO
A vida das ferramentas de conformação é afetada por complexas combinações de altas tensões mecânicas e
térmicas. As primeiras são originadas pelas altas pressões de contato entre a matriz e as peças, e deriva da força
utilizada no processo. A segunda provém do ciclo térmico a qual a matriz é sujeita ao entrar em contato com a matéria
aquecida, seguido do seu resfriamento (KCHAOU et al., 2010).
Nos processos de forjamento a quente, objeto desse estudo, a temperatura das peças está comumente em torno de
1000ºC e as matrizes podem alçar temporariamente temperaturas da ordem de 500ºC. Nessa faixa de temperatura, a
dureza do material cai e um processo de deterioração pode ocorrer de forma acentuada (BARRAU et al., 2003). Esse
processo de deterioração das matrizes se dá principalmente pelos fenômenos de abrasão, deformação plástica, fadiga
térmica e mecânica (BARRAU et al., 2003; KCHAOU et al., 2010; SUMMERVILLE et al. 1995; YURGEL, 2007).
Esses mecanismos estão associados ao comportamento do aço quando submetido aos esforções de conformação, aos
ciclos térmicos ou a um efeito sinérgico dos dois fatores. No caso do desgaste abrasivo, causada por interações de atrito,
o volume desgastado é diretamente proporcional à força no contato entre as superfícies e inversamente proporcional à
dureza do material, como pode ser visto na Eq. (1):
𝑄=
𝐾𝑊𝐿
𝐻
(1)
Onde Q é o volume total perdido, K é uma constante adimensional, W é o esforço normal entre as superfícies, L é a
distancia do escorregamento entre as superfícies e H é a dureza do material (Archard, 1953).
Assim, diminuindo as forças envolvidas na conformação do material, o desgaste da ferramenta pode ser reduzido.
Além disso, o efeito térmico também se faz relevante, pois a dureza do material cai com a temperatura a qual ele se
encontra. No caso de forjamento, a matriz deve ser capaz de suportar as tensões envolvidas na conformação, porém, as
altas temperaturas envolvidas no processo provocam o amolecimento do material fazendo com que, após vários ciclos
térmicos, a resistência, principalmente nas camadas em contato direto com a peça, caia consideravelmente, mesmo para
aços ferramenta com tratamento superficial diferenciado (PERSSON et al, 2005). Isso também afeta as propriedades de
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fadiga da matriz, sejam elas térmicas, resultante das tensões geradas pelos gradientes de temperatura, ou mecânicas,
geradas pelos ciclos de esforços variantes ao longo do processo (KCHAOU et al., 2010; PERSSON et al, 2005).
Para todos os mecanismos apresentados, a temperatura da matriz e o esforço a qual ela é submetida são fatores
relevantes no seu desenvolvimento, levando a conclusão de que sua diminuição constitui boa pratica visando o aumento
da vida útil das matrizes. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada no método de Taguchi e de elementos
finitos, para avaliar os efeitos do atrito, velocidade de prensagem e temperatura inicial da peça. O método de Taguchi
consiste em adotar um conjunto de matrizes ortogonais para analisar o efeito de cada parâmetro numa característica
especifica e determinar a combinação ótima de parâmetros (LI et al, 2005) de forma que suas saídas tenham a mínima
variação e sua média seja mais próxima do valor alvo (TONG et al, 1997). O método tem sido utilizado extensamente
na avaliação dos mais diversos parâmetros de conformação mecânica e usinagem onde a característica relevante da peça
fabricada pode ser escolhida como base de cálculo para o indicador de qualidade e os parâmetros de processo
selecionados para a realização dos experimentos (KO et al, 1999; KOPAČ et al, 2002; LEE et al, 1998; LI et al, 2005;
TONG et al, 1997; YANG et al, 1998). O método oferece ainda a possibilidade de se obter a influência de cada
parâmetro com poucos experimentos, se aplicado juntamente a uma análise de variância.
O método dos elementos finitos tem o objetivo de resolver problemas de condições de contorno, geralmente
modelados na forma de equações diferenciais. Sua aplicação é bastante difundida para cálculos estruturais, onde o
problema consiste em encontrar o deslocamento dos nós e as consequências derivadas deste efeito. Entretanto, diversos
outros problemas físicos modelados como equações diferenciais podem ser resolvidos como vibrações, condução de
calor, escoamento, eletrostática, entre outros (ÖCHSNER et al, 2013; BRAMLEY et al, 2000). Para os processos de
conformação, o desenvolvimento da técnica já permite que sejam feitas análises de nível macroscópico (fluxo de
material, forca e trabalho requeridos), de nível intermediário (tensões e deformações) e de nível microscópico (tamanho
de grão e desenvolvimento microestrutural) (KOPP, 1996). Esses avanços permitem o planejamento do processo
visando aspectos determinantes no desempenho das peças conformadas. Neste trabalho, a força máxima de prensagem e
a temperatura máxima alcançada pela matriz foram analisadas.
2. METODOLOGIA
A aplicação do método de Taguchi é dividida em três etapas: design dos sistemas, design dos parâmetros e design
das tolerâncias. O design dos sistemas diz respeito aos meios técnicos para se alcançar o objetivo. No caso em questão,
o processo é de forjamento a quente em matriz fechada. A Fig. (1) mostra a ilustração das matrizes e da forma da peça
após forjada. Na modelagem do processo, um tarugo de 7/8 pol x 71 mm é aquecido e resfriado durante 3 segundos,
simulando o tempo necessário para transporta-lo do forno para a prensa. Ele é então prensado para adquirir a pré-forma
no local indicado nas matrizes. Depois disso, outro resfriamento de 3 segundos simula o tempo necessário para
posicionar a peça onde ela então toma a forma final. O design dos parâmetros é o objetivo deste trabalho e consiste em
determinar níveis ótimos dos parâmetros de processo que tenham influência na qualidade. O design de tolerâncias é a
avaliação das variações ao redor do valor dos parâmetros (TAGUCHI et al, 2005).
Primeiramente os indicadores de qualidade e os parâmetros foram escolhidos. A matriz ortogonal de experimentos
foi construída e o método dos elementos finitos foi utilizado como executor desses experimentos. As razões entre sinal e
ruído (S/N) foram calculadas e uma análise de variância foi utilizada para determinar quais parâmetros são
significantes. Os passos são então repetidos apenas com os parâmetros significativos e uma otimização que maximize a
razão S/N procurada. A Fig. (2) ilustra essa metodologia.
Forja final
Pré-forma
Figura 1. Matrizes e a geometria da peça forjada
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Planejamento
•Seleção de indicadores de qualidade
•Seleção dos parâmetros relevantes de processo
•Seleção da matriz ortogonal de experimentos
Execução
•Execução de experimentos utilizando MEF
•Calculo das razões S/N
•Estudo do efeito dos parâmetros (ANOVA)
•Eliminação dos parametros com pouca significância
•Execução de novos experimentos com os parametros significantes
Otimização
•Obtenção da relação entre a razão S/N e os parametros significantes
•Otimização para máximização da razão S/N
Figura 2. Resumo da metodologia
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.1. Simulação Numérica
O método dos elementos finitos foi utilizado como ferramenta para executar os experimentos de forma virtual e
gerar os dados necessários. A aplicação do método na simulação de processos de conformação é bem estabelecida e
diversos exemplos de sucesso na obtenção de parâmetros e procedimentos podem ser encontrados na literatura
(BEHRENS et al, 2007; GAO et al, 2000; JANG et al, 2000; LEE et al, 1998; SONG et al, 2007).
A matriz superior foi modelada como rígida e a matriz inferior como rígida e condutora de calor. A peça foi
considerada elastoplástica, de material aço AISI 1025 com tensão de escoamento definida pela expressão 𝜎 = 𝐶𝜑̇ 𝑀 ,
onde C e M são constantes do material dependentes da temperatura e 𝜑̇ é a taxa de deformação. Dados dos materiais
podem ser vistos na Tab. (1). O processo simulou uma prensa hidráulica de velocidade constante. O processo foi
analisado utilizando-se o software comercial Simufact.forming 12.0®.
Tabela 1. Dados utilizados na simulação
Parâmetros do material da matriz
Condutividade térmica
20°C
36,0W / mK
500ºC
36,8W / mK
600ºC
36W / mK
Expansão térmica
20-100 ºC
12,5x10-6 m/mK
20-200 ºC
13,1 x10-6 m/mK
20-300 ºC
13,4 x10-6 m/mk
20-400 ºC
13,9 x10-6 m/mk
20-500 ºC
14,0 x10-6 m/mk
20-600 ºC
14,3 x10-6 m/mk
Parâmetros do material da peça
Temperatura Taxa de deformação
C (Mpa)
M
0,25
232,35
0,004
980ºC
0,5
285,44
0,032
0,7
286,82
0,032
0,25
111,7
0,075
1090ºC
0,5
118,59
0,08
0,7
120,66
0,082
0,25
64,121
0,077
1205ºC
0,5
66,19
0,094
0,7
60,674
0,105
Fontes: (VILLARES, 2009) e (Simufact.material, 2013)
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3.2. Indicadores de Qualidade e Parâmetros
Os mecanismos de degradação das matrizes são oriundos principalmente dos ciclos térmicos e mecânicos aos quais
elas são submetidas, como discutidos anteriormente. Por isso, como indicadores de qualidade foram utilizados a força
máxima de prensagem e a temperatura máxima alcançada pela matriz durante o processo. O objetivo é minimizar tanto
a força quanto a temperatura.
Os principais parâmetros que afetam os indicadores de qualidade são: temperatura inicial da peça, velocidade de
prensagem e coeficiente de atrito. Na construção da matriz ortogonal, 3 níveis foram selecionados para cada um dos 3
parâmetros, resultando na utilização de uma matriz L9. Os valores dos níveis de cada parâmetro podem ser vistos na
Tab. (2).
Tabela 2. Parâmetros e níveis dos experimentos
Legenda
A
B
C
Parâmetros
Temperatura
Velocidade de prensagem
Atrito
Nível 1
900
5
0,2
Nível 2
1000
15
0,3
Nível 3
1200
25
0,7
Os valores de atrito foram selecionados de acordo com dados de lubrificantes encontrados na literatura para
condições de lubrificantes de grafite a base de óleo, agua e sem lubrificante (KOBAYASHI et al, 1989). A Tab. (3)
mostra a matriz L9 utilizada com as combinações de níveis para os experimentos dos 3 parâmetros.
Tabela 3. Matriz de experimentos L9
Experimento
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Temperatura (ºC)
900
900
900
1000
1000
1000
1200
1200
1200
Velocidade de prensagem (mm/s)
5
15
25
5
15
25
5
15
25
Atrito
0,2
0,3
0,7
0,3
0,7
0,2
0,7
0,2
0,3
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para analisar o desvio da qualidade esperada pelo método Taguchi, utiliza-se a razão S/N. No método, o termo S
(sinal) representa o valor desejado e N (ruído), o valor não desejado para a característica em questão (YANG et al,
1998). Deseja-se então o conjunto de parâmetros que gere um maior valor da razão S/N que é definida como:
𝑆/𝑁 = −10log(𝑀𝑄𝐷)
(2)
Onde MQD é a média quadrada dos desvios e depende do objetivo a se alcançar.
Existem três categorias de análise da razão S/N de acordo com o objetivo que se deseja alcançar: “valor nominal é
melhor”, que é quando um determinado valor alvo é buscado; “menor é melhor”, que é utilizado quando a minimização
dos valores ao máximo é desejada; e “maior é melhor”, que é utilizado quando se deseja a maximização dos valores.
Para a categoria “valor nominal é melhor”, a média quadrada dos desvios é definida como:
𝑛
1
𝑀𝑄𝐷 = ∑(𝑦𝑖 − 𝑆)2
𝑛
(3)
𝑖=1
Onde yi é o valor medido no teste i de um experimento da caraterística que se busca, S é o valor alvo e n é o numero
de testes feitos em um determinado experimento.
Para a situação onde “maior é melhor”, a MQD é definida por:
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𝑛
1
1
𝑀𝑄𝐷 = ∑ 2
𝑛
𝑦𝑖
(4)
𝑖=1
Por fim, a MQD para a situação “menor é melhor” é definida como:
𝑛
𝑀𝑄𝐷 =
1
∑ 𝑦𝑖2
𝑛
(5)
𝑖=1
Como é desejável se minimizar a força utilizada no processo e a temperatura alcançada pela matriz, ambas se
encaixam na categoria “menor é melhor”. As Tab. (4) e (5) apresentam a razão S/N calculada.
Tabela 4 - Temperatura máxima alcançada pela matriz e razões S/N
Experimento
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Temperatura (ºC)
731,48
828,45
1015,05
790,45
937,70
950,75
990,00
999,30
1065,12
Razão S/N
-57,28
-58,37
-60,13
-57,96
-59,44
-59,56
-59,91
-59,99
-60,55
Tabela 5 – Força máxima de prensagem e razões S/N
Experimento
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Força (tnf)
231,65
180,81
208,66
158,95
211,07
164,19
233,78
101,74
268,49
Razão S/N
-47,30
-45,14
-46,39
-44,03
-46,49
-44,31
-47,38
-40,15
-48,58
Como o experimento é ortogonal, o efeito de cada parâmetro em cada nível pode ser separado através da média das
razões S/N dos experimentos onde eles participam (YANG et al, 1998). Por exemplo, o efeito do parâmetro atrito no
nível 1 é a média das razões S/N nos experimentos 1, 6 e 8 (ver Tab. (2) e Tab. (3)). Os resultados do S/N médio de
cada parâmetro em cada nível são apresentados nas Tab. (6) e Tab. (7) e suas representações nas Fig. (3) e (4).
Tabela 6 - Razão S/N média para cada parâmetro com relação à temperatura
Parâmetro
Temperatura
Velocidade de prensagem
Atrito
Nível 1
-58,59
-58,38
-58,95
S/N médio
Nível 2
-58,99
-59,27
-58,96
Nível 3
-60,15
-60,08
-59,83
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-57,50
SN médio
-58,00
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Temperatura
-58,50
-59,00
Velocidade de
prensagem
-59,50
Atrito
-60,00
-60,50
Figura 3. Diagrama do efeito médio dos parâmetros na temperatura
Tabela 7 - Razão S/N média para cada parâmetro com relação à força.
Parâmetro
Temperatura
Velocidade de prensagem
Atrito
Nível 1
-46,28
-46,23
-43,92
S/N médio
Nível 2
-44,94
-43,93
-45,92
Nível 3
-45,37
-46,42
-46,75
-42,5
-43
SN médio
-43,5
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Temperatura
-44
-44,5
-45
-45,5
Velocidade de
prensagem
Atrito
-46
-46,5
-47
Figura 4. Diagrama do efeito médio dos parâmetros na força
Com objetivo de avaliar a contribuição de cada parâmetro no resultado geral dos experimentos foi realizado a
análise de variância (ANOVA, sigla em inglês). Para isso, foi calculado a média geral das razões S/N que é obtida pelo
somatório das razões em cada experimento dividido pelo total de experimentos:
𝑘
̅̅̅̅̅̅
𝑆/𝑁 =
1
∑(𝑆/𝑁)𝑖
𝑘
(6)
𝑖=1
Onde k é o numero de experimentos e (S/N)i é a razão S/N no i-ésimo experimento. A soma dos quadrados devido à
variação da razão S/N média geral é dada por:
𝑙
̅̅̅̅̅̅)𝑖 − ̅̅̅̅̅̅
𝑆𝑆 = ∑((𝑆/𝑁
𝑆/𝑁)²
𝑗=1
(7)
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A soma dos quadrados devido à variação com relação à média geral das razões S/N para cada fator é dada por:
𝑙
̅̅̅̅̅̅)𝑗 − ̅̅̅̅̅̅
𝑆𝑆𝑝 = ∑ 𝑇𝑗 × ((𝑆/𝑁
𝑆/𝑁)²
(8)
𝑗=1
Onde l é o numero de níveis do parâmetro, Tj é o numero de experimentos em que o parâmetro aparece no j-ésimo
̅̅̅̅̅̅)𝑗 é a razão S/N média para o parâmetro no nível j. A porcentagem de contribuição do parâmetro é dada
nível, (𝑆/𝑁
por:
𝑃=
𝑆𝑆𝑝
× 100
𝑆𝑆
(9)
A Tab. (8) apresenta a influência da temperatura máxima alcançada na matriz, onde todos os parâmetros
apresentaram contribuições significativas.
Tabela 8. Análise de variância para a temperatura máxima na matriz
Parâmetro
Temperatura
Velocidade de prensagem
Atrito
Erro
Soma dos quadrados
3,940580103
4,311743298
1,535727632
0,114637268
Contribuição
40%
44%
16%
Já na análise da força máxima, a temperatura não apresentou contribuição significativa nessa saída, com apenas 6%,
aproximadamente (Tab. (9)).
Tabela 9. Análise de variância para a força máxima de prensagem
Parâmetro
Temperatura
Velocidade de prensagem
Atrito
Erro
Soma dos quadrados
2,794090707
11,58619492
12,71788939
23,23466885
Contribuição
6%
23%
25%
Como a temperatura inicial da peça apresentou uma contribuição significativa na temperatura alcançada pela matriz
e insignificante na força máxima de prensagem, o valor adotado será o que maximiza a razão S/N para a temperatura da
matriz apenas, o que corresponde ao nível 1, ou 900ºC, como pode ser visto na Tab. (6). Uma nova matriz foi formulada
apenas com os parâmetros mais significantes (atrito e velocidade de prensagem) e novos experimentos foram
conduzidos utilizando os mesmos três níveis, como pode ser visto na Tab. (10).
Tabela 10. Níveis utilizados para os parâmetros com mais significância
Legenda
B
C
Variáveis
Velocidade de prensagem
Atrito
Nível 1
5
0,2
Nível 2
15
0,3
Nível 3
25
0,7
A Tab. (11) mostra a nova configuração de experimentos e os resultados alcançados pelo método dos elementos
finitos. Ela também apresenta a razão S/N para a temperatura máxima alcançada pela matriz e para a força máxima de
prensagem.
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Tabela 11. Matriz de experimentos L9 apenas com parâmetros significativos e com resultados
Experimento
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Velocidade de
prensagem
5
5
5
15
15
15
25
25
25
Atrito
Temperatura
Força
S/N Temperatura
S/N Força
0,2
0,3
0,7
0,2
0,3
0,7
0,2
0,3
0,7
731,48
726,72
731,27
823,11
937,70
871,91
863,80
905,58
1065,12
231,65
235,75
265,95
199,20
211,07
328,29
277,57
191,39
268,49
-57,28
-57,23
-57,28
-58,31
-59,44
-58,81
-58,73
-59,14
-60,55
-47,30
-47,45
-48,50
-45,99
-46,49
-50,33
-48,87
-45,64
-48,58
5. OTIMIZAÇÃO
Em problemas de objetivo simples, a otimização consiste em buscar um ponto ótimo que maximize ou minimize os
objetivos dentro das restrições do sistema. Já em um problema multiobjetivos, nem sempre é possível alcançar em
apenas um ponto a maximização ou minimização total, pois cada valor de variável influenciará ambos os objetivos de
forma diferente. O objetivo se torna encontrar um conjunto de trocas favoráveis entre os objetivos e não um ponto
absoluto. Esses valores, que representam as trocas favoráveis, é a fronteira de Pareto. Nesse conceito, um valor é
considerado parte dos parâmetros ótimos de Pareto se não for possível melhorar um objetivo sem influenciar
negativamente outro (NGATCHOU et al, 2005).
Para obter esses parâmetros, funções que representem os objetivos precisam ser determinadas. Uma regressão
relacionando os dados dos parâmetros com o objetivo (que são as razões S/N) fornece as seguintes equações:
𝑆/𝑁𝑡𝑒𝑚𝑝 = −0,11 × 𝐵 − 1,30 × 𝐶 − 56,35
(10)
𝑆/𝑁𝑓𝑜𝑟ç𝑎 = −0,002 × 𝐵2 − 0,039 × 𝐵 + 23,68 × 𝐶² − 30,2 × 𝐶 − 51,14
(11)
-61,00
-60,00
S/N temperatura
-59,00
-58,00
-57,00
-51,00
-51,50
-52,00
-52,50
-53,00
-53,50
-54,00
-54,50
-55,00
-55,50
-56,00
S/N força
Analisando a relação entre 𝑆/𝑁𝑓𝑜𝑟ç𝑎 e 𝑆/𝑁𝑡𝑒𝑚𝑝 com os valores possíveis para B e C (velocidade de prensagem
variando de 5 à 25mm/s e coeficiente de atrito assumindo os valores 0,2, 0,3 e 0,7), temos:
Atrito 0.2
Atrito 0.3
Atrito 0.7
Figura 5. Gráfico S/N força x S/N temperatura
Avaliando a Fig. (5), podemos observar que o grupo de valores com o coeficiente de atrito 0,2 representa a fronteira
de Pareto e são as soluções procuradas. Realizando a regressão nesses pontos, tem-se a relação:
𝑆/𝑁𝑓𝑜𝑟ç𝑎 = −0,3422 × 𝑆/𝑁𝑡𝑒𝑚𝑝 − 71,821
(12)
Essa equação pode ser utilizada para a determinação da velocidade de prensagem, mas será sempre uma troca entre
um valor mais apropriado para a temperatura e um valor mais apropriado para a força máxima de prensagem.
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6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho, um processo de forjamento a quente por matriz fechada foi estudado com o objetivo de avaliar o
impacto dos parâmetros na força máxima de prensagem e na temperatura máxima alcançada pela matriz utilizando o
método dos elementos finitos como executor de experimentos de forma virtual. O método de Taguchi e a análise de
variância foram empregados para analisar a influencia de cada parâmetro de processo no resultado final. As relações
entre as variáveis foram determinadas por regressões e uma família de parâmetros ótimos de processo foi determinada
chegando as seguintes conclusões:

O método de Taguchi é uma ferramenta efetiva na correlação entre as variáveis e determinação dos parâmetros
devido a sua metodologia simples para o planejamento de experimento e analise de resultados;

A análise de variância permitiu determinar que, para este caso, a temperatura tem pouca influência na força de
prensagem, mas esse resultado não deve ser generalizado. A variação entre 900ºC e 1200ºC é indiferente após
passar por todas as etapas deste processo, promovendo resultados com pouca diferença;

Menores temperaturas iniciais nas peças e menores valores de atrito são desejáveis. A velocidade de prensagem
precisa ser avaliada como uma troca entre o objetivo de diminuir a força de prensagem e diminuir a
temperatura máxima da matriz, preferindo-se valores que se encontrem na Fronteira de Pareto, que foi
determinada através de uma regressão.
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8º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação
18 a 22 de maio de 2015, Salvador, Bahia, Brasil
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8. DIREITOS AUTORAIS
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho.
EVALUATION OF FORGING PARAMETERS USING THE TAGUCHI METHOD FOCUS ON THE
THERMAL AND MECHANICAL DIE SOLICITATION
Danilo dos Reis Lima, [email protected]
Raoni Barreto de Oliveira, [email protected],2
Charles Chemale Yurgel, [email protected]
Rodrigo Santiago Coelho, [email protected]
1
2
SENAI CIMATEC, Instituto Senai de Inovação em Conformação e União de Materiais, Salvador-BA, Brasil
Fraunhofer-Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU, Chemnitz, Germany
Abstract: In the hot forging process, the life of the dies is an important factor for its relation with the cost of
production which is related to the loss of product and tool exchange. The wear processes of the dies are related to the
thermal and mechanical cycles to which they are subjected. This work presents a method to assess the initial effects of
friction, press speed and temperature on the sample and suggests an improved working condition from the mechanical
and thermal stresses point of view. The Taguchi method was used to design an orthogonal matrix of experiments that
are conducted virtually by the Finite Element Method (FEM). The results were evaluated by the Taguchi method for
each parameter and an analysis of variance (ANOVA) was performed to determine the contribution of each of these
parameters in the results. In addition, an evaluation in order to minimize the maximum force and maximum
temperature reached in the die per cycle was proposed. The analysis showed to be efficient in mapping the ideal
working conditions for the proposed study and is a step forward to the optimization of thermal and mechanical
solicitations in forging processes.
Key words: Finite Element Method, hot forging, Taguchi method, tool life