Title

Análise numérica do forjamento de precisão de uma engrenagem cônica pelo método dos elementos finitos

Numerical analysis of the precision forging of a bevel gear using the Finite Element Method

Authorship

SOMMER, MARINA BARLETTA; SILVEIRA, HELENA BONOW; ROSIAK, ANDRÉ; SCHAEFFER, LIRIO

SOMMER, MARINA BARLETTA

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SILVEIRA, HELENA BONOW

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ROSIAK, ANDRÉ

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SCHAEFFER, LIRIO

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DOI

10.5151/2594-4711-43576

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Abstract

Este trabalho avaliou, por meio de simulação numérica pelo Método dos Elementos Finitos, o projeto do processo de forjamento de precisão de uma engrenagem cônica em aço SAE 5120. Para fins comparativos, também foi analisada uma rota convencional, na qual o forjamento gera uma pré-forma e os dentes da engrenagem são obtidos posteriormente por usinagem. Os resultados mostraram que a rota de forjamento de precisão possibilita o preenchimento completo das cavidades, incluindo a formação dos dentes da engrenagem. A força máxima de conformação foi de aproximadamente 2350 kN, compatível com equipamentos industriais convencionais. As tensões equivalentes máximas nas ferramentas permaneceram dentro de limites aceitáveis, indicando ausência de risco de deformação plástica permanente. Em comparação à rota convencional, o forjamento de precisão reduziu o consumo de matéria-prima de 288338 mm³ para 270947 mm³ por peça, correspondendo a uma economia de aproximadamente 6%. Dessa forma, a rota proposta demonstrou viabilidade técnica e potencial para aumentar a eficiência econômica e ambiental na fabricação de engrenagens cônicas.

This study evaluated, through numerical simulation using the Finite Element Method, the design of the precision forging process for a bevel gear made of SAE 5120 steel. For comparison purposes, a conventional route was also analyzed, in which forging produces a preform and the gear teeth are subsequently obtained by machining. The results showed that the precision forging route enables complete filling of the cavities, including the formation of the gear teeth. The maximum forming force was approximately 2350 kN, which is compatible with conventional industrial equipment. The maximum equivalent stresses in the tools remained within acceptable limits, indicating no risk of permanent plastic deformation. Compared with the conventional route, precision forging reduced the raw material consumption from 288338 mm³ to 270947 mm³ per part, corresponding to a saving of approximately 6%. Therefore, the proposed route demonstrated technical feasibility and potential to increase economic and environmental efficiency in the manufacturing of bevel gears.

Keywords

forjamento de precisão, simulação numérica, método dos elementos finitos

precision forging, numerical simulation, Finite Element Method