Title

Análise numérica do forjamento multidirecional do cobre sob diferentes modelos de atrito

Numerical analysis of the multidirectional forging of copper under different friction models

Authorship

SILVA, LAVINIA MARIA DA; LOBO, LAURA FELICORI; MATOS, RAIENE BÁRBARA DE; SILVA, LUCAS SOUZA; FLAUSINO, PAULA CIBELY ALVES; SILVA, NAYARA APARECIDA NERES DA

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DOI

10.5151/2594-4711-43965

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Abstract

O forjamento multidirecional (MDF) é um processo de deformação plástica severa cuja resposta mecânica e homogeneidade de deformação são fortemente influenciadas pelas condições tribológicas na interface ferramenta-peça. Neste trabalho, avaliou-se, por meio de simulação numérica via Método dos Elementos Finitos utilizando o software QForm, a influência dos modelos de atrito de Siebel e Levanov sobre os campos de tensão efetiva e deformação plástica efetiva em cobre processado por MDF. As simulações foram conduzidas para um ciclo completo de compressões ortogonais, considerando fatores de atrito de 0,1, 0,5 e 1,0, representativos de condições de baixa, média e elevada severidade tribológica. Os resultados mostraram que, sob baixo atrito, ambos os modelos fornecem previsões semelhantes para as forças de conformação e para a distribuição de tensão e deformação. Entretanto, à medida que a severidade tribológica aumenta, diferenças progressivamente mais pronunciadas são observadas, com o modelo de Siebel prevendo forças de conformação mais elevadas e gradientes internos mais acentuados. Em todas as condições analisadas, os maiores valores de tensão efetiva e deformação plástica efetiva concentraram-se na região central da amostra, evidenciando a natureza heterogênea do estado deformado durante o MDF. Os resultados demonstram que a formulação de atrito exerce influência significativa sobre as previsões numéricas do processo, particularmente sob condições de elevado atrito, devendo ser considerada na avaliação da heterogeneidade de deformação associada ao processamento.

Multi-directional forging (MDF) is a severe plastic deformation process whose mechanical response and strain homogeneity are strongly affected by the tribological conditions at the tool–workpiece interface. In this study, finite element simulations were performed using QForm software to evaluate the influence of the Siebel and Levanov friction models on the effective stress and effective plastic strain distributions in copper processed by MDF. Simulations were conducted for one complete MDF cycle consisting of three orthogonal compression passes under friction factors of 0.1, 0.5, and 1.0, representing low, intermediate, and high tribological severity conditions. The results showed that, under low-friction conditions, both friction models provide similar predictions of forming loads as well as stress and strain distributions. However, as friction increases, progressively larger differences emerge, with the Siebel model predicting higher forming loads and more pronounced internal gradients. For all conditions investigated, the highest effective stress and effective plastic strain values were concentrated in the central region of the specimen, highlighting the inherently heterogeneous nature of the deformation field during MDF. The results demonstrate that the friction formulation significantly affects the numerical prediction of the process, particularly under severe tribological conditions, and should therefore be carefully considered when assessing deformation heterogeneity during multidirectional forging.

Keywords

Forjamento multidirecional, Modelos de atrito, Simulação numérica, Cobre

Multidirectional forging, Friction models, Numerical simulation, Copper