Modelagem e análise numéricas da operação de roleteamento do aço ABNT 4140

Componentes metalicos utilizados em diversas aplicacoes sofrem frequentemente a acao de cargas termicas e mecânicas que reduzem o seu tempo de vida. Os tratamentos mecânicos de superficie sao capazes de prolongar o tempo em servico desses materiais. Esses processos atuam deformando plasticamente a superficie, promovendo o aumento da sua dureza e a inducao de tensoes residuais de compressao. A combinacao desses fatores aumenta a vida da peca pois reduz a taxa de nucleacao e propagacao de trincas responsaveis por levar o material a falha por fratura. Apesar de processos de tratamento de superficie como o jateamento de granalha e o laser shock peening (LSP) serem utilizados para induzir tensoes compressivas, o roleteamento nao so induz tensao de compressao e aumenta a dureza superficial, como tambem promove a reducao da rugosidade. Neste trabalho, uma simulacao numerica bidimensional utilizando o metodo dos elementos finitos (Finite Element Method -FEM) foi aplicada ao roleteamento do aco ABNT 4140 endurecido (40 HRC), definindo a ferramenta como um elemento rigido, enquanto que o material da peca apresentou um comportamento elastoplastico. A forca e o avanco de roleteamento foram escolhidos como parâmetros de entrada cuja influencia sobre a rugosidade e as tensoes residuais foi analisada. Diferentemente de outros modelos numericos bidimensionais, a rugosidade inicial da peca foi introduzida a fim de verificar a sua influencia no processo. As simulacoes numericas ocorreram entre a distância de dois picos de rugosidade, definida pela marca de avanco do torneamento previo (0,2 mm). O software HertzWin foi utilizado para definir o avanco para cada condicao, sendo este baseado na largura da linha de contato obtido para cada forca separadamente. Os resultados numericos sugerem a reducao da rugosidade e o aumento da tensao residual de compressao a partir do aumento da forca e da reducao do avanco de roleteamento.  Palavras-chave: Tratamento mecânico de superficie; roleteamento; rugosidade; elementos finitos; aco ABNT 4140.