Adriano Lopes

da simulação CAE ao plano de métodos, conheça a rotina de um item estampado dentro da engenharia

Sumário

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Introdução 03

Passo 1 06

Passo 2 08

Passo 3 10

Passo 4 11

Passo 5 13

Passo 6 15

Passo 7 16

Passo 8 17

Passo 9 19

Passo 10 20

Passo 11 22

Sobre o autor 23

A melhor definição para simulação de estampagem que já

ouvi é try-out virtual. Até há alguns anos, todo o trabalho realizado pelos projetistas de ferramentas de estampar só estaria validado após toda a construção e try-out em prensa. Ali, conforme as peças eram obtidas em prensa, sabia-se se o que foi idealizado funcionaria ou não. Muitas vezes eram gastos meses até fazer o conjunto de ferramentas funcionar de maneira a produzir peças de qualidade estética e dimensional aceitas pelo cliente. Hoje, com a realidade dos softwares de CAE dedicados a simulação de estampagem, essa análise já é possível enquanto o processo nasce, de forma paralela ao trabalho dos projetistas. O try-out é realizado antecipadamente, e uma ideia só vai pra frente após ser validada e apontada como factível ainda no projeto. Os ganhos vão além da antecipação nos prazos. Há hoje uma redução muito significativa no número de loopings de correção, ou seja, em reusinagens, matéria prima para ensaios e horas de prensa e de ferramenteiros. Mesmo com o aumento de horas em engenharia, os ganhos são bem relevantes.

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Introdução

No que diz respeito a área automobilística, é praticamente impossível que um item estampado seja hoje concebido, projetado e manufaturado sem o auxílio da tecnologia do CAE em simulação de estampagem. Os relatórios de simulação são avaliados pelas montadoras com os mesmos critérios e exigências com os quais são avaliadas as peças físicas obtidas em prensa. Outra grande colaboração da simulação de estampagem aconteceu na área de orçamentos, que agora podem ser mais rápidos e com menos riscos.

Apesar de tantos ganhos e benefícios, essa tecnologia no Brasil ainda é privilégio de montadoras e grandes estamparias, devido ao custo das licenças de softwares CAE do ramo. Pequenas ferramentarias geralmente se utilizam de softwares menos renomados, ou ainda compram o serviço terceirizado. De qualquer forma, a simulação de estampagem hoje marca presença obrigatória nos projetos de estampagem metálica, principalmente nos automobilísticos.

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Há vários softwares disponíveis hoje no mercado de simulação de estampagem. Dentre eles, dois se consagraram como excelentes soluções e lideram o mercado já há alguns anos: O Autoform e o Pam-Stamp. Os dois são realmente os melhores em confiabilidade dos resultados. Os gráficos de repuxo, quando gerados corretamente, são muito fiéis aos resultados obtidos na prática. Mas por que eu digo “quando gerados corretamente”? Ao longo dos anos, tenho dito por onde passei que “a simulação de estampagem é um processo com muitas variáveis”. Qualquer parâmetro que for inserido incorretamente nos softwares de simulação ou ainda desconsiderado no trabalho, deverá influenciar no resultado obtido. Por vezes ouvi casos em que o item estampado não correspondeu ao trabalho de simulação realizado previamente e, portanto, o software não servia. Da mesma forma, por vezes, precisei explicar que o software sempre serve quando utilizado da maneira correta. Se não cercar todas as variáveis, não se obterá um bom resultado.

Os melhores softwares disponíveis no mercado

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Análise da Matemática

Conhecendo o processo

A primeira pergunta que geralmente um iniciante na simulação de estampagem faz quando recebe o modelo matemático do cliente é: por onde eu começo? Nos capítulos a seguir, veremos o caminho completo por onde o trabalho deve seguir, desde o recebimento do modelo matemático do cliente até a finalização. Entenda cada capítulo como um passo a ser dado no processo do trabalho. Vamos ao passo a passo!

Como será estampado? Esse deve ser sempre o ponto de partida para o profissional de simulação CAE, independente se estiver na fase de orçamentos ou já na fase de construção, com informações mais definidas. Na verdade, há um “pacote” de informações necessárias para o início do trabalho. Quanto mais cercá-las no início, melhor será o andamento. Essas informações referem-se, por exemplo, desde lado matemático a ser utilizado até pré definições como número de operações, prensa e meio de transferização adotado (tandem, transfer, progressiva etc.).

PASSO 1

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O profissional da simulação deve montar um processo, e não apenas operar um software. Ele deve decidir, antes de ir ao software, qual o meio de conformação e cisalhamento que será utilizado (há um leque de opções diferentes), deverá saber lidar com ângulos de corte enquanto ainda modela o repuxo e também quando utilizar e quando evitar cunhas e retalhadores, por exemplo. Idealizar como o item será estampado e levantar informações que já foram pré definidas são premissas fundamentais. Seja para ferramentas com operações individuais ou para progressivas, a ideia do processo a ser utilizado é o pontapé inicial do trabalho.

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Pré plano de métodos

Com a matemática em mãos e uma ideia inicial do processo a ser utilizado, além de um pacote de informações levantadas, é hora então de começar o trabalho efetivamente, seja dentro de um software CAD ou no próprio software de simulação CAE utilizado. Deve-se, inicialmente, definir o balanço do item. Se for o caso de um item da indústria automobilística, deve-se respeitar o eixo do carro e criar um tipping point.

PASSO 2

ZERO DO CARRO

X

Z

Y

X

Y

X

Z Z

Y

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Feito isso, é hora de modelar o repuxo inicial das simulações. Desde esse primeiro modelamento, é necessário levar em consideração os ângulos de corte e já pré defini-los. Outro aspecto que já deve ser observado é a utilização dos quebra rugas ou esticadores, devendo ser modelados ou, caso se opte por quebra rugas virtuais, deve-se já prepara-los.

FACA DE CORTE

Montagem da matéria prima

Como já mencionei na introdução, o trabalho de simulação de estampagem é um processo com muitas variáveis, ou seja, são muitos os parâmetros que compõe uma única rodada de simulação. Provavelmente, a mais importantes dessas variáveis seja a matéria prima inserida dentro do software. Um mesmo item estampado apresenta resultados muito diferentes, alterando-se apenas a matéria prima no software.

PASSO 3

Alguns softwares trazem bibliotecas próprias, mas sempre é possível criar a matéria prima conforme necessidade. Para isso, é necessário conhecer quais são as propriedades mecânicas levadas em consideração na montagem do material e também em qual área da norma deseja trabalhar (melhor condição, média ou pior condição). É preciso também considerar a relevância da anisotropia e o sentido de laminação da bobina. Qualquer um desse fatores, quando não observados, podem - e vão! - modificar o resultado da simulação.

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Montagem da simulação do repuxo

Uma vez que se tenha o modelamento do repuxo preparado e a matéria prima já montada, inicia-se então efetivamente a montagem da rodada de simulação. É hora então de configurar os demais parâmetros ou variáveis que determinam a simulação. Cada uma dessas variáveis influenciará diretamente no resultado da simulação, portanto, deve-se conhecer bem como trabalhar com cada uma delas:

PASSO 4

Tamanho e posição do blank

Refinamento

Força do prensa chapas

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É preciso também definir qual será a cinemática da operação a ser simulada. São inúmeras opções dentro do software, e cabe ao profissional conhecer os conceitos e definir a melhor estratégia a ser utilizada. Mesmo em uma simples simulação de repuxo, existem várias possibilidades aplicáveis, além da opção de mais de um repuxo para determinados itens.

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Solucionando problemas de estampagem

Uma vez iniciadas as simulações, começam também as principais intervenções do profissional: solucionar os problemas de estampagem que vão surgindo. Esses problemas não são "privilégios" somente de alguns trabalhos, mas todo e qualquer trabalho de simulação passa por esta fase. Os desafios vão desde limitações comerciais, como tamanho de blank reduzido até desafios técnicos como rupturas ou formação de rugas no embutimento. Por vezes, até mesmo as leis da física se mostram desafiadoras: um blank que não se acomoda apropriadamente em um repuxo por interferência da gravidade ou ainda um retalho que não sai por falta de ângulo de caída - são apenas alguns exemplos.

PASSO 5

rupturas

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Para cada um dos inúmeros problemas que podem acontecer, há também inúmeras estratégias que podem ser utilizadas para contorna-los. Essas estratégias e técnicas devem ser de conhecimento obrigatório do profissional de simulação de estampagem, afinal de contas, o seu trabalho é "tirar a peça", ou seja, apresentar um processo que seja factível e estável para a produção do seu cliente na estamparia.

formação de rugas

formação de rugas

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Montagem da simulação com recortes

O profissional de simulação deve preparar as linhas de corte desenvolvidas e as linhas finais, para inseri-las na simulação. É fundamental que o profissional saiba trabalhar com diferenças de perímetro e conheça conceitos como linha neutra e meios para desenvolver linhas de corte.

PASSO 6

Após obter um repuxo razoável, mesmo que ainda não finalizado, chega o momento de inserir os recortes na simulação. Embora o foco da simulação de estampagem seja a conformação, as linhas de corte tem um papel fundamental na validação do processo simulado, pois influenciam até mesmo no retorno elástico, por exemplo.

Sobre o tema linha neutra, veja nosso vídeo no

Youtube. Clique para assistir.

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Montagem da simulação de calibragem e flangeamento PASSO 7

Até há algum tempo atrás, quando a simulação de estampagem chegou ao Brasil, a grande maioria dos clientes davam-se por satisfeitos apenas com a simulação do repuxo. Com o passar do tempo, esse foco ganhou amplitude, sendo quase impossível hoje em dia um cliente aceitar que se simule apenas o repuxo - ao meu ver, acertadamente. Essa é então a fase do trabalho em que se simula o ciclo completo do processo idealizado, especificamente operações de calibragem, dobras, furos extrudados e flangeamento. O conceito de calibragem, entretanto, precisa ser avaliado com muito critério. As estratégias de calibragem e contenção de retorno elástico modificaram-se com o advento da simulação, e o papel do profissional de simulação de estampagem é conhecer esses novos conceitos e aplica-los de forma inteligente.

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Validação do processo de estampagem (simulação) PASSO 8

Após simulado o ciclo completo e solucionados os problemas de estampagem, é chegada a hora então de validar o processo de simulação. Para isso, além da análise da conformação já trabalhada, é necessário também analisar todos os gráficos resultantes da simulação em último nível. É normal voltar a rodar novas simulações até "refinar" todo o processo, com a ajuda dos gráficos.

Embora tenhamos posicionado os gráficos aqui como um passo de validação, alguns deles são utilizados desde o início, em paralelo a todas às demais rodadas de simulação.

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São muitas as opções de gráficos de

resultados que os softwares

proporcionam.

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Springback e suas compensações PASSO 9

Outra grande colaboração que a simulação CAE trouxe aos processos de estampagem, foi a possibilidade de se conhecer - e até de se solucionar - o springback ou retorno elástico de um item antes da fabricação da ferramenta.

O profissional de simulação deve, após conhecer o springback do item em simulação, montar uma estratégia de compensação, levando em consideração a transição e o comportamento do springback entre as operações. É necessário também gerar, para usinagem, as superfícies compensadas e as superfícies de assentamento, que serão utilizadas nas operações que recebem os itens após sofrerem o retorno elástico.

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Validação do processo de estampagem (plano de métodos) PASSO 10

A essa altura, o trabalho já conta com a simulação em nível avançado, pré plano de métodos já traçado com modelo do repuxo e linhas de corte em último nível, punções de flangear ou calibrar e compensações aplicáveis. É o momento então de juntar tudo isso e transformar em um plano de métodos completo e objetivo.

Para isso, deve-se atualizar no CAD as superfícies compensadas e linhas de corte desenvolvidas, construir linhas de movimento, analisar divisão de recortes, ângulos para saídas e tamanhos de retalhos. Deve-se também criar sangrias de corte e definir vetores para as cunhas, quando houverem. Para finalizar os arquivos do plano de métodos, o profissional deve inserir detalhes como marcadores de pressão, datadores, marcação de áreas de calibragem etc.

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O plano de métodos finalizado terá então uma dupla função: ponto de partida para o projeto da ferramenta e também para a programação de usinagem no CAD CAM.

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Elaboração do relatório de simulação PASSO 11

O último passo do trabalho de simulação de estampagem de um item, é o relatório de simulação. Ali estão todas as informações pertinentes àquele processo, desde cargas utilizadas até os gráficos gerados. O relatório é um documento essencial para os projetistas das ferramentas que virão, para o CAD CAM e por fim chegando aos ferramenteiros de try-out. Muitas vezes, quando um cliente solicita a simulação que foi feita de um determinado item, ele se refere na verdade a um relatório. Isso porque geralmente eles não querem os arquivos de simulação, porque não tem nem mesmo como abri-los, já que são de softwares específicos. Tudo isso demonstra a importância de se finalizar o trabalho de simulação com a elaboração de um bom e completo relatório, que evidencie possíveis problemas de estampagem encontrados e soluções propostas.

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Meu nome é Adriano Lopes. Em minha trajetória fui Fresador CNC, Programador CAD-CAM, Projetista de Ferramentas e Coordenador de Engenharia dedicado a Simulação e Processos em uma Estamparia no sul do país. Sou também o idealizador dos Segredos da Simulação e do Blog Repuxando. Acumulei 26 anos de experiência em ferramentaria automobilística, sendo 9 deles em Simulação de Estampagem.

Sobre o Autor

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