A influência do
processo de
fabricação na
performance
estrutural de
componentes
fundidos otimizados
Committed to Casting Excellence
Valmir Fleischmann
Joern Schmidt
MAGMA ... Uma empresa de Engenharia Global
desde 1988
SIGMA Engineering
Aachen, Germany
MAGMA
Gießereitechnologie
GmbH, Aachen, Germany
MAGMA Bilisim ve
Teknoloji Hizmetleri
Ltd. Sti Istanbul
Turkey
MAGMA
Engineering
(Sushou) Co., Ltd.,
P.R. China
SIGMA Inc. Chicago,
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MAGMA Foundry
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Chicago, USA
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MAGMA Engenharia
do Brasil Ltda.
São Paulo, Brasil
MAGMA
Engineering
Korea Co. Ltd.,
Seoul
MAGMA
Engineering
Asia-Pacific, Pte
Ltd, Singapore
Conteúdo
¬ Introdução
¬ Caso 1 - Cabeçote Volkswagen
¬ Tratamento térmico
¬ Tensões Residuais
¬ Caso 2 - Bloco de Motor Ford
¬ Propriedades Mecânicas
¬ Tensões Residuais
Produtos Fundidos
¬ Distintos processos de fabricação com excelente
liberdade de forma
¬ fundição em areia, fundição em molde permanente,
fundição em casca cerâmica
¬ Apresentam SEMPRE
¬ distribuição heterogênea de propriedades mecânicas
¬ tensões residuais
¬ defeitos de fundição
Influência da Microestrutura / Propriedades
Mecânicas sobre a fadiga (SDAS)
Minichmayr, R.; Eichlseder, W.: “Lebensdauerberechnung von Gussbauteilen …”, Gießerei 90 (2003)
Efeito da Tensão Residual
A imagem não pode ser exibida. Talv ez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talv ez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquiv o nov amente. Se ainda assim aparecer o x v ermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la nov amente.
Alternating Stress
Residual Compressão
Hauptspannung
[MPa]
Fatigue Diagram
Durável
R=-1
*
*
*
UCS
*
Residual Tração
Yield UTS
Tensão Média
Conclusão: é necessário considerar o processo de
manufatura!
Influência da porosidade por gás
em fundidos sob pressão
Porosity 0,3%
Porosity 5,9%
Powazka et.al.: „Local Porosity Consideration in Fatigue Life Calculation of High
Pressure Die Cast Aluminum Components“
14. International Congress SIMVEC, Baden-Baden (2008)
Caso 1
Cabeçote VW 2,0l TDI
Tratamento térmico
O ponto de partida
¬ Trincas no teste de bancada
¬ As trincas não tem explicação nas análises CAE
150 MPa
¬ Suspeita : tensões residuais
Tratamento térmico T6 típico em um
cabeçote
Setup dos cabeçotes no tratamento
térmico
Fornecedor 1
Fornecedor 2
Simulação do resfriamento brusco com
distintos coeficientes (HTC)
Sentido imersão
HTC outside
HTC
HTC inside
HTC-1
HTC-2
Surface temperature
HTC-4
HTC-3
Ajuste dos coeficientes via otimização
genética
Curvas Medidas e simuladas
Redução da área
entre curvas
Gradientes de temperatura típicos
durante o resfriamento
∆T= aprox. 300°C
∆T= aprox. 290°C
Simulação do tratamento térmico
T
t
Tensões Residuais após envelhecimento e
usinagem
30m
m
Cil. 4
Cil. 1
Simulação otimizada considerando as
tensões residuais
Carga térmica +
explosão
Tensões
Residuais
125 MPa
150 MPa
Simulação
Inicial
Tensões não críticas,
trincas não podem ser
identificadas
Carga térmica +
explosão + tensões
residuais
240 MPa
Novo
Simulação Otimizada
Tensões residuais do
processo de
manufatura.
pela sobreposição das
tensões residais é possível
prever as trincas
Max.
Hauptspannung
[MPa]
Origem das Tensões Residuais
Altas temperaturas próximo a trinca. Objetivo:
redução de massa!
Modificações geométricas do produto
Influência da mudança de geometria
sobre o perfil de temperatura
A temperatura no local foi
fortemente reduzida !
Versão Inicial
Versão Otimizada
Tensões residuais na versão otimizada
30m
m
Cil. 4
Cil. 1
Tensões principais máximas na região da
trinca
Redução da tensão residual devido a redução
da temperatura local
125 MPa
Versão Inicial
75 MPa
Versão Otimizada
Análise Integrada para a geometria
otimizada
Carga térmica +
explosão
145 MPa
Tensões
Residuais
75 MPa
Carga térmica +
explosão + tensões
residuais
155 MPa
devido a redução das tensões residuais obteve-se uma
redução da soma das tensões na região da Trinca!
Max.
Hauptspannung
[MPa]
Caso 2
Bloco de motor em ferro fundido GJL-250
Roteiro de Simulação
Simulação
da Fundição
+
Tensões
Residuais
+
+
+
CAE
Carga de
Montagem
Cargas
Térmicas
Tensões
Residuais
Propriedades
Mecânicas
Pós
Processamento
Cargas de
Ignição
Fatores de
Segurança
Comparativo de Dureza
Bolt boss „N757“
Distribuição de Limites de
Resistência
Tensões Residuais no bloco
máx. 130 MPa
mín. -150 MPa
Cilindro 2
Direção da
Vista
Efeitos das Tensões Residuais na
Durabilidade
FSF = 1.3
Sem tensões residuais
FSF = 0.8
Com tensões residuais
Recursos
Tempo de desenvolvimento
reduzido pela integração dos processos CAE
Protótipos II
Desenvolvimento Convencional
Otimização Componente
- Baseado em “hardware”
- Otimização Seqüencial
Otimização Processo
Protótipos I
Testes
Simulação
Recursos
Tempo
Otimização Simultânea
(Componente + Processo)
Protótipos
Desenvolvimento Integrado
Verificação
Procedimento
CAE Integrado
Testes
Tempo
- Otimização Simultânea
- Protótipos “Zero”